научная статья по теме СОДЕРЖАНИЕ ПРОЛИНА И ФЛАВОНОИДОВ В ПОБЕГАХ ГАЛОФИТОВ, ПРОИЗРАСТАЮЩИХ НА ТЕРРИТОРИИ ЮЖНОГО УРАЛА Биология

Текст научной статьи на тему «СОДЕРЖАНИЕ ПРОЛИНА И ФЛАВОНОИДОВ В ПОБЕГАХ ГАЛОФИТОВ, ПРОИЗРАСТАЮЩИХ НА ТЕРРИТОРИИ ЮЖНОГО УРАЛА»

ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ, 2015, том 62, № 1, с. 79-88

^_ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ

СТАТЬИ

УДК 581.1

СОДЕРЖАНИЕ ПРОЛИНА И ФЛАВОНОИДОВ В ПОБЕГАХ ГАЛОФИТОВ, ПРОИЗРАСТАЮЩИХ НА ТЕРРИТОРИИ ЮЖНОГО УРАЛА

© 2015 г. З. Ф. Рахманкулова*, Е. В. Шуйская*, А. В. Щербаков**, В. В. Федяев**, Г. Я. Биктимерова***, Р. Р. Хафизова****, И. Ю. Усманов**

*Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физиологии растений им. К.А. Тимирязева РАН, Москва **Башкирский государственный университет, Уфа ***Государственное автономное научное учреждение Институт региональных исследований Республики Башкортостан, Сибай ****Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт органической химии Уфимского научного центра РАН, Уфа Поступила в редакцию 27.05.2014 г.

Исследовали ростовые параметры, содержание пролина и флавоноидов, накопление ионов Na+ и K+ в надземной части четырех видов галофитов сем. Chenopodiaceae, произрастающих на территории Южного Урала при разных уровнях засоления. В пределах одной таксономической группы выявлены различные стратегии солеустойчивости, связанные с уровнем засоления почвы и особенностями соленакопления в побегах. Различия проявлялись в содержании протекторных соединений (пролина и флавоноидов) в зависимости от накопления ионов Na+ и K+ в побегах растений. Для характеристики участия данных соединений в процессах адаптации к засолению введено соотношение пролин/флавоноиды (Про/Фл). Наибольшее значение Про/Фл (4.9) показано для вида Atriplex tatarica L., с зависимым от содержания натрия в почве соленакоплением в побегах, произрастающего при небольшом засолении. Виды Bassia sedoides (Pall.) Aschers., Atriplex verrucifera M. Bieb, Kochia prostrate (L.) Schrad., с независимым от уровня засоления почвы соленакоплением в побегах, обитали на более засоленных участках. У этих видов отношение Про/Фл составило 0.2—1.4, т.е. большую или разнозначную роль в протекторных механизмах играли флавоноиды, концентрация которых положительно коррелировала с содержанием K+. У видов B. sedoides и A. verrucifera высокое содержание флавоноидов и K+ является показателем высокой продуктивности и адаптированности к условиям обитания. Пролин может быть использован в качестве стрессового маркера только у вида A. verrucifera, наиболее солеустойчивого из изученных нами галофитов. Сделан вывод, что отношение Про/Фл у галофитов сем. Chenopodiaceae характеризует адаптивные стратегии, зависящие от особенностей соленакопления в растениях.

Ключевые слова: Chenopodiaceae — Atriplex tatarica — A. verrucifera — Bassia sedoides — Kochia prostratа — пролин — флавоноиды — засоление

DOI: 10.7868/S001533031501011X

ВВЕДЕНИЕ

Высокие концентрации солей в почве нарушают гомеостаз водного потенциала и распределения ионов как на клеточном уровне, так и на уровне целого растения [1]. Устойчивость галофитов к засолению зависит от контролируемости поглощения и компартментации К+ и С1-, а также от синтеза органических "совместимых"

Сокращение: Про/Фл — отношение содержания пролина и флавоноидов.

Адрес для корреспонденции: Рахманкулова Зульфира Фаузиев-на. 127276 Москва, Ботаническая ул., 35. Институт физиологии растений им. К.А. Тимирязева РАН. Электронная почта: zu1firar@mai1.ru

растворенных веществ [2]. Многие осмолиты, так же как и соединения-антиоксиданты, и в том числе флавоноиды, защищают субклеточные структуры и макромолекулы от окислительного стресса, вызванного токсическим действием ионов [1].

Одним из наиболее хорошо изученных осмо-литов является пролин, который накапливается в органах многих видов растений в ответ на экологический стресс и поэтому часто используется в качестве стрессового маркера [3]. В течение долгого времени пролин считался только инертным совместимым осмолитом, способным защищать растение при осмотическом стрессе. В настоящее время известно, что накопление в растениях про-

лина может влиять на их стрессоустойчивость различными способами. Показана роль пролина в клеточном гомеостазе, в том числе в поддержании окислительно-восстановительного баланса и энергетического статуса. Пролин может выступать в качестве сигнальной молекулы, быть модулятором пролиферации и гибели клеток [4]. В ряде исследований антиоксидантные функции пролина объясняются его стабилизирующим действием на синглетный кислород [5] и гидрок-сильные радикалы в ФС II в изолированных мембранах тилакоидов [6]. Кроме того, при засолении внутриклеточный пролин может ослабить подавление активности ферментов, снижая содержание свободных радикалов при уменьшении соотношения в клетках К+/Ыа+ [7]. У галофитов биосинтез пролина видоспецифичен и может выполнять различную протекторную функцию, выступая в роли осмолита или антиоксиданта [8, 9].

Уникальной особенностью растительных организмов является способность к синтезу веществ "вторичного" обмена. К наиболее распространенным представителям относятся фенольные соединения, в том числе их низкомолекулярные многоатомные формы, производные халконов — флавоноиды, синтезирующиеся практически во всех клетках растений [10]. Их содержание и состав могут значительно отличаться у различных видов и даже в отдельных органах растения [11]. До сих пор не ясно, какие механизмы способствуют накоплению этих веществ в растениях и какие факторы активируют их биосинтез [10]. Существует мнение, что вторичные метаболиты, в том числе и фенольной природы, представляют собой своеобразную "расплату" за устойчивость растений, связанную с дублированием функций первичного метаболизма, способствуя запасанию в клетках значительных количеств углерода [11, 12].

За последние годы накоплен большой материал, свидетельствующий о том, что флавоноиды участвуют в выполнении разнообразных биологических функций. Показано их участие в процессах развития растений, фотосинтеза и дыхания, передачи сигналов, мужской фертильности, транспорта ауксина, в привлечении опылителей, а также в защите от ультрафиолетового излучения и фитопатогенов [11, 13—16]. Известно, что за счет динамической пластичности биосинтеза [17] и антиоксидантной активности [18] фенольные соединения, в том числе флавоноиды, участвуют в защите растений от действия множества неблагоприятных экологических факторов, таких как повышенная интенсивность света, низкие и высокие температуры, тяжелые металлы, водный дефицит и т.д. [19, 20]. Показано также, что у га-лофитов синтез флавоноидов и других вторичных метаболитов видоспецифичен [21].

Цель данной работы заключалась в изучении особенностей накопления флавоноидов и пролина, а также анализе их связи с устойчивостью и биопродуктивностью у галофитов сем. Chenopo-diaceae в условиях разного засоления на территории Южного Урала.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Объектом исследования были взрослые растения четырех видов галофитов (Atriplex tatarica L., A. verrucifera M. Bieb, Bassia sedoides (Pall.) Aschers., Kochiaprostrata (L.) Schrad.) из сем. Che-nopodiaceae. Растительный материал (побеги) собирали во время экспедиции в августе 2012 г. на 13 участках, отличающихся по уровню засоления и влажности почвы, на территории Хайбуллинско-го района Республики Башкортостан и Кизиль-ского района Челябинской области.

Для определения влажности почвы, сухой биомассы, содержания воды и ионов Na+ и К+ пробы почвы высушивали в течение суток при 100°С, а пробы растительного материала - двое суток при 80°С. Содержание ионов натрия и калия в почве определяли в водной вытяжке из пробы (100 мг почвы) на атомно-абсорбционном спектрометре (Hitachi 207, Япония). Содержание свободного пролина в побегах определяли с помощью кислого нингидринового реактива по методу Bates [22].

Для определения содержания флавоноидов сырую массу побегов сушили до воздушно-сухого состояния, измельчали до размера частиц 1— 2 мм, затем фракционировали с использованием растворителей различной полярности (гексан ^ ^ диэтиловый эфир ^ метил-трет-бутиловый эфир ^ этилацетат ^ бутанол ^ 70% этанол). Аналогично осуществляли последовательную экстракцию диэтиловым эфиром, метил-трет-бутиловым эфиром, этилацетатом, бутанолом и 70% этиловым спиртом. Каждый эксперимент по извлечению экстрактивных веществ проводили трехкратно.

Качественное и количественное определение флавоноидов в сухом экстракте осуществляли методом ВЭЖХ. Концентрация экстрактов соответствовала 1 мг/мл. Для хроматографического анализа использовали систему Waters Breeze со спек-трофотометрическим детектором при длине волны 254 нм. Определение проводили при градиентном элюировании на колонке Nova-Pak C18 4 мкм, 3.9 х 300 мм. Пробу объемом 50 мкл вводили в инжектор по 2—3 раза.

Площади пиков флавоноидов определяли как средние значения параллельных определений и, используя калибровочные графики, находили их концентрации в экстракте. Калибровочные кривые строили по стандартным образцам байкалеи-

Рис. 1. Уровни засоления и влажности почвы на участках произрастания растительных сообществ с исследуемыми видами на территории Южного Урала.

Столбики — содержание в почве; кривая — влажность почвы.

на, морина, гесперетина, физетина, нарингени-на, нарингина, дигидрокверцетина, кверцетина, рутина. Стандартные образцы растворяли в элю-енте в концентрациях 0.5 и 1 мг/мл, после чего подвергали хроматографированию при условиях, описанных выше для разделения комплекса фла-воноидов в исследуемых экстрактах. Количество флавоноидов (X, % от массы сухого сырья) рассчитывали по формуле:

X = (Dm/M) х 100,

где D — содержание флавоноида в 1 мл испытуемого раствора, найденное по калибровочному графику, мг/мл; m — масса сырья в экстракте, г; М — общая масса воздушно-сухого сырья, г.

Все определения выполнены в трехкратной биологической повторности. Для корреляционного и факторного (ANOVA) анализа использовали программу SigmaPlot 11.0.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Четыре исследованных вида галофитов произрастали на территории Южного Урала на участках, отличающихся по уровню засоления и влажности почвы. На этих участках содержание натрия в верхнем слое грунта варьировало от 0.003 до 0.33 ммоль/г почвы, влажность почвы изменялась от 1.2 до 12% (рис. 1).

В растительных ассоци

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.

Показать целиком