ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ, 2011, том 58, № 2, с. 308-315
КРАТКИЕ ^^^^^^^^^^^^^^^^ СООБЩЕНИЯ
УДК 581.174.1
ВЛИЯНИЕ ВРАЩЕНИЯ РАСТЕНИЙ РЕДИСА ВОКРУГ ВЕРТИКАЛЬНОЙ ОСИ НА МОРФОЛОГИЮ И ЛИПИДНЫЙ СОСТАВ ЛИСТЬЕВ © 2011 г. Ю. И. Новицкий, Г. В. Новицкая, Т. К. Кочешкова, М. В. Добровольский
Учреждение Российской академии наук Институт физиологии растений им. К.А. Тимирязева РАН, Москва
Поступила в редакцию 19.01.2010 г.
Исследовали влияние вращения по часовой стрелке (2 об./мин) вокруг вертикальной оси растений редиса (Raphanus sativus L. var. radícula D.C., сорт Розово-красный с белым кончиком) в процессе вегетации на ростовые параметры, а также на состав и содержание полярных (ПЛ) и нейтральных (НЛ) липидов и входящих в них жирных кислот в листьях растений. Вращение в плоскости горизонтальной составляющей магнитного поля Земли не влияло на число листьев, но уменьшало их общую массу на 25%. Однако снижение массы корнеплодов наблюдали только при повышении температуры. По сравнению с контролем, вращение уменьшало в 1.5—2.0 раза соотношение между ПЛ и НЛ, значительно снижая содержание таких ПЛ, как глико- и фосфолипиды и увеличивая содержание НЛ — триацилглицеринов и свободных стеринов. Среди гликолипидов снижалось, по сравнению со стационарным контролем, содержание моногалактозилдиацилглицеринов и дигалакто-зилдиацилглицеринов, а среди фосфолипидов на ~50% уменьшалось содержание фосфатидилхоли-на. Более чем на 30% снижалось как отношение фосфолипиды/стерины, косвенно указывающее на уменьшение текучести липидного бислоя мембран, так и отношение ПЛ/НЛ, свидетельствующее об ускорении возрастных изменений в листьях вращавшихся растений. Вращение повышало содержание линоленовой кислоты и уменьшало содержание олеиновой и эруковой кислот, увеличивая при этом индекс ненасыщенности жирных кислот. Делается вывод, что вращение растений редиса по часовой стрелке вокруг вертикальной оси выступает как неблагоприятный фактор, вызывая у них признаки преждевременного старения.
Ключевые слова: Raphanus sativus — вращение растений — полярные липиды — нейтральные липиды — жирные кислоты
ВВЕДЕНИЕ
Обычно действие центробежных и центростремительных сил на растения связывают с влиянием на них гравитации. Этому вопросу посвящен ряд исследований [1—4]. Кроме того, часто при изучении вопросов, посвященных биологическим часам [5], затрагивается в той или иной мере действие вращения на растения, однако всегда как дополнительное. Почти все исследователи ограничивались констатацией отсутствия или наличия морфологических или физиологических изменений у исследуемого объекта. Некоторые из
Сокращения: ГЛ — гликолипиды, ДГДГ — дигалактозилдиа-цилглицерины, ДФГ — дифосфатидилглицерины, МГДГ — моногалактозилдиацилглицерины, МК — масса корнеплода, МЛ — масса листьев, НЛ — нейтральные липиды, ПЛ — полярные липиды, СС — свободные стерины, СТ — стерины, СХДГ — сульфохиновозилдиацилглицерины, ТАГ — триаци-лглицерины, ФГ — фосфатидилглицерины, ФИ — фосфати-дилинозиты, ФЛ — фосфолипиды, ФХ — фосфатидилхоли-ны, ФЭ — фосфатидилэтаноламины, ЭС — эфиры стеринов, U/S — отношение ненасыщенных ЖК к насыщенным. Адрес для корреспонденции: Новицкий Юрий Иванович. 127276 Москва, ул. Ботаническая, 35. Институт физиологии растений им. К.А. Тимирязева РАН. Факс: 007 (499) 977-8018; электронная почта: yinov@ippras.ru
них применяли метод клиностатирования [6], когда изучали действие на растения микрогравитации. Действие вращения на растяжение клеток корня изучал Pittman [7], используя магнитокли-ностат и вращая растения вокруг горизонтальной оси по часовой стрелке. В этом случае корни озимой и яровой пшеницы, овса, ржи и ячменя росли параллельно силовым линиям магнитного поля и пересекали горизонтальную составляющую геомагнитного поля (ГМП).
Jones [8] показал, что вращение в горизонтальной плоскости растений цикламена, фасоли и проростков овса по часовой стрелке со скоростью одного оборота в сутки угнетало их рост и вызывало частичное старение листьев: они желтели и теряли тургор, в то время как вращение растений против часовой стрелки ускоряло рост по сравнению с контролем.
Brown и Chow [9] исследовали поглощение воды растениями бобов на вращающейся горизонтальной платформе с магнитом со скоростью 1 об./мин. Ими отмечено, что у растений, вращающихся по часовой стрелке, уменьшилось поглощение воды по сравнению со стационарным контролем, а вращение растений с магнитом против
Схема проведения опытов с вращением растений редиса вокруг вертикальной оси (вид сбоку). 1 — направление вращения растений редиса; 2 — ось вращения, совпадающая с вертикальной составляющей магнитного поля Земли; 3 — направление горизонтальной составляющей магнитного поля Земли; 4 — полный вектор напряженности магнитного поля Земли, направленный под углом 73° к горизонту; 5 — кажущееся движение Солнца по небосводу.
часовой стрелки увеличивало поглощение воды. Анализ этих и других работ, касающихся восприятия магнитного поля растениями, приведен в обзоре Galland и Ра2иг [10].
В нашей работе речь пойдет об эффектах иного типа, а именно, о действии вращения по часовой стрелке вокруг вертикальной оси на морфологию и липидный состав листьев редиса. Следует отметить, что сравнительного биохимического анализа растений, вращающихся таким образом, и стационарных растений в доступной нам литературе мы не обнаружили.
Липиды, являясь составными частями мембран растительной клетки, в силу своих свойств и структуры очень чувствительны к любым воздействиям внешней среды [11], например, к температуре, уровню минерального питания, к свету, его спектральному составу и слабому магнитному полю [12, 13]. Мы использовали состав и содержание липидов листьев в качестве индикатора при изучении воздействия на растения редиса вращения вокруг вертикальной оси. Поскольку вращение растения вокруг вертикальной оси происходит одновременно с пересечением силовых линий геомагнитного поля, постольку правомерно считать, что на вращающееся растение действует Земное магнитное поле, меняющееся по отношению к плоскости различных листьев от нулевого значения до максимального по модулю. Так как
плоскости разных листьев по отношению к стеблю находятся под разными углами, то на них будут периодически действовать переменные магнитные "силы" в разном диапазоне значений напряженности.
Цель настоящей работы заключалась в исследовании влияния вращения растений редиса вокруг вертикальной оси в условиях геомагнитного поля на состав и содержание полярных и нейтральных липидов в его листьях.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Объектом исследования служили растения редиса (Raphanus sativus L. var. radícula D.C.) сорта Розово-красный с белым кончиком, выращенные в оранжерее до 39-дневного возраста в индивидуальных пластмассовых вазонах объемом 1 л в перегнойной почве при естественно возрастающей длине дня, интенсивности освещения и температуре в апреле 2001 г. (14—17°С, 1-й опыт) и в апреле-мае 2003 г. (20-22°С, 2-й опыт).
Семена редиса для посева отбирали по массе -фракция 9-13 мг. Каждый из вариантов опыта включал по 6 растений, выращенных с момента посева в стационарных условиях или при вращении и имевших к моменту завершения эксперимента 6-8 листьев и полноценный корнеплод.
Таблица 1. Влияние вращения растений редиса вокруг вертикальной оси на число листьев, массу листьев и корнеплодов (г на одно растение) и содержание хлорофилла (мкг/г сырой массы)
Показатели Контроль(К) Вращение (О) О/К, % P
Первый опыт
Число листьев 7.0 ± 0.5 7.0 ± 0.2 100 -
Масса листьев (МЛ) 10.8 ± 0.7 8.1 ± 0.4 75 <0.01
Масса корнеплода (МК) 18.8 ± 0.9 18.6 ± 0.8 99 >0.05
МЛ/МК 0.57 ± 0.05 0.44 ± 0.03 77 <0.05
Хлорофилл 0.49 ± 0.01 0.38 ± 0.02 76 <0.001
Второй опыт
Число листьев 7.00 ± 0.02 7.00 ± 0.01 100 -
Масса листьев (МЛ) 14.5 ± 0.5 10.8 ± 0.6 75 <0.001
Масса корнеплодов (МК) 17.8 ± 0.9 14.0 ± 0.7 79 <0.01
МЛ/МК 0.81 ± 0.05 0.77 ± 0.06 95 >0.05
Хлорофилл 0.30 ± 0.01 0.25 ± 0.02 83 <0.05
Для создания вращения вазонов применяли синхронные двигатели ДСД-2 с вертикальной осью и насаженной на нее платформой, вращающейся по часовой стрелке со скоростью 2 об./мин. На рисунке представлена схема вращения растения редиса вокруг вертикальной оси. Каждый лист в течение минуты дважды описывал окружность и пересекал силовые линии магнитного поля Земли, направленные под углом 73° к горизонту.
Для анализов использовали 4-й лист растений редиса, закончивший рост, хорошо сформированный и находящийся в активно функционирующем состоянии без внешних признаков старения.
Для оценки общего состояния контрольных и вращавшихся растений редиса в конце опыта определяли количество и массу листьев и корнеплодов, анализировали содержание хлорофилла в листьях и общее содержания сахаров, как было описано ранее [14].
Экстракцию, разделение и количественное определение липидов проводили, используя методику, описанную в работе [15]. Липиды из гомо-гената листьев (3 г на пробу) экстрагировали изо-пропанолом, а также смесью изопропанола и хлороформа (1 : 1) и дважды смесью метанола и хлороформа (1 : 1). В растворитель после четырех экстракций переходило более 99.5% липидов. Для предотвращения окисления липидов в растворитель во время экстракции добавляли 0.001% ионола. О полноте экстракции судили по количеству ЖК, экстрагируемых из остатка после его прямого омыления в присутствии внутреннего стандарта — маргариновой кислоты.
Полярные липиды (ПЛ) разделяли методом ТСХ на пластинках 20 х 20 см с силикагелем 5—40 мкм с добавлением 8% гипса ("СИетаро1", Чехия). При-
меняли двумерную систему разделения: первое направление — хлороформ : метанол : 7 N NH4OH (65 : : 30 : 4); второе — хлороформ : метанол : ледяная уксусная кислота : вода (85 : 12.5 : 12.5 : 3) [15].
Нейтральные липиды (НЛ) разделяли в системе — гексан : диэтиловый эфир : ледяная уксусная кислота (85 : 15 : 1) [15]. Проявление и идентификацию хроматографических зон проводили описанными ранее методами [15]. Количество фос-фолипидов (ФЛ) определяли по фосфору [16], га-лактолипидов — по галактозе [17], НЛ — спектрофотометрически после сж
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.