ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ, 2004, том 51, № 2, с. 190-196
УДК 581.1
ВЛИЯНИЕ СЕЗОННЫХ ИЗМЕНЕНИЙ ТЕМПЕРАТУРЫ НА ЛИПИДНЫЙ СОСТАВ МОРСКИХ МАКРОФИТОВ
© 2004 г. С. Н. Гончарова, Э. Я. Костецкий, Н. М. Санина
Дальневосточный государственный университет, Владивосток Поступила в редакцию 24.06.2002 г.
Проведено сравнительное изучение липидного состава 4 видов морских водорослей: Ahnfeltia to-buchiensis, Laminaria japónica, Sargassum pallidum, Ulva fenestrata и одного вида морской травы Zostera marina, взятых в Японском море весной при 2.9 или 5.5°С и летом при 23°С. Определены основные липидные компоненты мембран макрофитов. Выявлены общие закономерности соотношения фос-фолипидов (ФЛ), гликолипидов (ГЛ), бетаиновых и нейтральных липидов (НЛ) в исследуемых растениях. Относительное содержание НЛ, как правило, летом было выше (за исключением A. to-buchiensis). Содержание триацилглицеролов (ТАГ) достигало 18-37% от общих липидов. Сезонных корреляций в содержании свободных стеролов не прослеживалось. У всех макрофитов количество индивидуальных классов ФЛ и ГЛ весной и летом различно. Относительное содержание ФЛ значительно выше весной. Отношение фосфолипидов к гликолипидам летом снижалось у большинства макрофитов. Молярное соотношение фосфатидилхолин/свободные стеролы и диацилглицерилтри-метилгомосерин/свободные стеролы колебалось от 0.9 до 1.7. Предполагается, что сезонные изменения липидного состава связаны, в первую очередь, с адаптацией макрофитов к температуре воды и с биологией их развития.
Ahnfeltia tobuchiensis - Laminaria japónica - Sargassum pallidum - Ulva fenestrata - Zostera marina - морские макрофиты - фосфолипиды - гликолипиды - бетаиновые липиды - стеролы - термоадаптация
В последние десятилетия на Земле наблюдаются существенные изменения климата, что приводит к изменению экологической ситуации, в том числе, в морях Дальневосточного региона. В морских макрофитах, как и в других пойкило-термных организмах, наиболее чувствительными к изменению температурных параметров являются липиды клеточных мембран, которые обеспечивают взаимосвязь клетки с внешней средой [1, 2]. Липиды составляют жидкокристаллический мат-рикс всех биологических мембран, а их физико-химические свойства определяют функциональ-
Сокращения: БЛ - бетаиновые липиды; ГЛ - гликолипиды; ДАГ - диацилглицеролы; ДГДГ - дигалактозилдиацилгли-церолы; ДГТА - диацилглицерилтриметил-Р-аланины; ДГТС - диацилглицерилтриметилгомосерины; ДФГ - дифос-фатидилглицеролы; МАГ - моноацилглицеролы; МГДГ -моногалактозилдиацилглицеролы; НЛ - нейтральные липиды; ОЛ - общие липиды; СС - свободные стеролы; СХДГ -сульфохиновазилдиацилглицеролы; ТАГ - триацилглицеро-лы; ФГ - фосфатидилглицеролы; ФГЭГ - фосфатидилгид-роксиэтилглицины; ФИ - фосфатидилинозитолы; ФЛ - фосфолипиды; ФС - фосфатидилсерины; ЭС - эфиры стеролов. Адрес для корреспонденции: Костецкий Эдуард Яковлевич. 690600 Владивосток, ул. Октябрьская, 27. ДВГУ, АЭМББТ, Отделение биохимии и биотехнологии. Факс: (4232)-429510; электронная почта: goncha@bio.dvgu.ru, kostetsky@nt.pin.dvgu.ru.
ную активность ферментативных, рецепторных и транспортных систем мембран [3, 4].
К настоящему времени исследован липидный состав довольно большого числа морских макрофитов; эти работы посвящены преимущественно их жирнокислотному составу. В последние годы информация в этой области постоянно пополняется новыми данными [5-8], но исследования в сравнительном плане, в зависимости от сезона, почти не проводятся.
В задачу данного исследования входило сравнительное изучение качественного и количественного липидного состава 5 видов морских макрофитов из отделов: красные, бурые и зеленые водоросли и покрытосеменные растения, собранных в разные сезоны при различной температуре. Морские макрофиты, взятые для исследования, наиболее широко распространены в морях Дальневосточного региона. Они являются типичными представителями своих отделов и основными промысловыми видами. Данное исследование ставит своей целью определение основных ли-пидных компонентов мембран этих макрофитов для последующего более углубленного изучения молекулярных механизмов термоадаптации.
МЕТОДИКА
Анфельция тобучинская - Ahnfeltia tobuchiensis (отдел Rhodophyta, класс Florideophyceae, порядок Gigartinales), ламинария японская - Laminaria japonica (отдел Phaeophyta, класс Phaeophyceae, порядок Laminariales), саргассум бледный - Sar-gassum pallidum (отдел Phaeophyta, класс Cy-closporophyceae, порядок Fucales), ульва продырявленная - Ulva fenestrata (отдел Chlorophyta, класс Ulotrichophyceae, порядок Ulvales) и зостера морская (высшее многолетнее растение) - Zostera marina (отдел Magnoliophyta, класс Liliopsida, порядок Najadales) были собраны в Японском море в августе при температуре 23°С и в марте при температуре 2.9°С или 5.5°С. Растения очищали от эпифитов и мелких беспозвоночных и кипятили 2 мин в морской воде для инактивации ферментов. Липиды экстрагировали по методу Folch с со-авт. [9]. Качественный анализ липидов проводили с помощью двумерной ТСХ на силикагеле, используя системы для разделения растительных гликолипидов (ГЛ) [10] и фосфолипидов (ФЛ) [11]. Нейтральные липиды (НЛ) анализировали при помощи ТСХ в системе гексан : диэтиловый эфир : : муравьиная кислота (80 : 20 : 2, по объему). ФЛ на ТСХ обнаруживали с помощью молибдатного реагента [12]; гликолипиды - антроновым реагентом [13]; липиды, содержащие аминогруппу, -0.2%-ным раствором нингидрина в ацетоне; хо-линсодержащие соединения - реактивом Драген-дорфа [14]. В качестве неспецифического реагента использовали 10%-ный раствор H2SO4 в метаноле с последующим нагреванием пластинки на электроплитке с закрытой спиралью до появления темных пятен. Количество общих ФЛ в экстрактах и индивидуальных на ТСХ определяли с помощью универсального молибдатного реагента [12]. Количество препаративно выделенных ГЛ и бетаиновых липидов (БЛ) определяли с помощью метода ГЖХ, по гептадекановой кислоте как внутреннему стандарту в составе жирных кислот [15]. Для их расчета использовали метод Rad-wan [16]. Содержание нейтральных липидов определяли весовым методом. Свободные стеролы (CC) определяли с помощью реакции Либермана-Бурхарда [17]. Все процедуры количественного определения проводили не менее 3 раз. Полученные результаты представлены как средние величины из совокупности значений с указанием соответствующей относительной стандартной ошибки.
РЕЗУЛЬТАТЫ
Проведенная визуальная оценка качественного состава пигментов на ТСХ показала, что соотношение хлорофиллов, каротиноидов и фикоби-линов у A. tobuchiensis, L. japonica, S. pallidum весной и летом было различным, что соответствует литературным данным [18-20]. Весной преобла-
дали нехлорофилльные пигменты, а летом хлоро-филлы. Оценка пигментного состава у U. fenestrata сложнее. Известно, что у нее количество пигментов в зимне-весенний период в 2 раза выше, чем летом. Однако содержание нехлорофилльных пигментов весной у этой водоросли также было гораздо выше, чем летом [18]. В Z. marina видимых отличий в составе пигментов весной и летом не наблюдалось. (Данные не представлены.)
Визуальный анализ НЛ на ТСХ (рисунок) показал, что вне зависимости от сезона среди них основными являлись триацилглицеролы (ТАГ) и СС Слабо представлены диацилглицеролы (ДАГ), мо-ноацилглицеролы (МАГ) и эфиры стеролов (3C).
В табл. 1 приведены данные по содержанию нейтральных и полярных липидов в процентах от общих липидов (ОЛ) и от ОЛ без ТАГ (ОЛ-ТАГ). ТАГ были вычтены из состава ОЛ, так как эти липиды практически не входят в структуру мембран [1].
Показано, что количество НЛ от суммы ОЛ у исследованных макрофитов достигало значительной величины (от 26.5 до 58%) и весной было ниже, чем летом ( за исключением A. tobuchiensis). Содержание ТАГ вне зависимости от сезона также было довольно высоким (от 18 до 37%), но общих закономерностей в изменении количества ТАГ от весны к лету не отмечено. Относительное содержание ФЛ от ОЛ летом существенно ниже, чем весной у всех исследуемых макрофитов. В S. pallidum и U. fenestrata отмечено самое низкое содержание ФЛ и наиболее высокое ГЛ. В изменении содержания ГЛ, в зависимости от сезона, единой тенденции не прослеживалось. Соотношение ФЛ/ГЛ у всех макрофитов весной оказалось выше, чем летом.
Анализ содержания нейтральных и полярных липидов в расчете на ОЛ-ТАГ показал, что такой подход не изменил тенденции, наблюдаемой в относительном содержании нейтральных и полярных липидов от общих. Тем не менее, подобный подход позволил более корректно оценить вклад отдельных классов липидов в состав и функционирование мембран макрофитов, чем общепринятое представление данных по составу липидов от ОЛ.
Фосфолипидный состав исследованных макрофитов был типичен для данных растений (табл. 2) [6]. Основными по содержанию ФЛ в процентах, как от суммы ФЛ, так и от ОЛ-ТАГ, независимо от сезона, были у A.tobuchiensis, L. japonica и Z. marina - ФХ, у S. pallidum - ФЭ и у U. fenestrata -ФГ. Фосфотидилглицерины, у всех исследованных макрофитов выступали как одни из главных липидов наряду с ФХ и ФЭ. Фосфотидилинозито-лы (ФИ) представлены во всех исследуемых макрофитах. Фосфатидилсерины (ФС) найдены только в двух макрофитах - U. fenestrata и Z. marina.
A. tobuchiensis
L. japónica
S. pallidum
(a) (6)
U. fenestrata
(a)
(6)
(a)
(6)
Z. marina
(a)
(6)
(a)
(6)
Система растворителей: гексан : диэтиловый эфир : муравьиная кислота (80 : 20 : 2, по объему). Обнаружение 10%-ным Н2$04 в метаноле. 1 - ЭС, 2 - ТАГ, 3 - СС, 4 - МАГ, 5 - полярные липиды. На всех хроматограммах было нанесено одинаковое количество липидов.
Фосфатидные кислоты (ФК) были обнаружены в L. japónica и U. fenestrata. Дифосфатидилглицеро-лы (ДФГ) найдены только в Z. marina, а редкие фосфолипиды фосфатидил-К-гидроксиэтилгли-цины (ФГЭГ) - в L. japónica и S. pallidum.
В зависимости от температуры воды состав ФЛ в расчете на ОЛ-ТАГ менялся неоднозначно (табл. 1, 2). Так, у A. tobuchiensis содержание всех фосфолипидов - ФХ, ФЭ, ФГ и ФИ весной при низкой температуре морской воды (5.5°С) было выше по сравнению с лето
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.