CC BY
46
Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского, 2012, № 2 (3), с. 113-118
113
ОБЩАЯ БИОЛОГИЯ
УДК 582.866:577.115
ДИНАМИКА СОДЕРЖАНИЯ ЛИПИДОВ В СОЗРЕВАЮЩИХ ПЛОДАХ ОБЛЕПИХИ КРУШИНОВИДНОЙ (И1РРОРИЛЕ ШЛМтЮЕЯ), ИНТРОДУЦИРОВАННОЙ В НИЖЕГОРОДСКОЙ ОБЛАСТИ
© 2012 г. Г.А. Бережная, А.И. Калье
Нижегородская государственная сельскохозяйственная академия
Beregnaya82@mail.ru
Поступила в редакцию 05.03.2012
Приведены данные по динамике содержания липидов в семенах и плодовой мякоти (гипантии) созревающих плодов облепихи 4-х климатипов: Балтийского, Среднеазиатского, Кавказского и Сибирского, интродуцированных в условия Нижегородской области из природных мест обитания. Установлена взаимосвязь между процессами маслообразования, стадиями зрелости и анатомической структурой каждого их этих органов, а также влияние генотипа, формировавшегося в определенных условиях среды обитания, на эти показатели в условиях Нижегородской области.
Ключевые слова: облепиха (Hippophaе rhamnoides L.), семена, гипантий, климатипы, интродуценты, липиды, динамика содержания, скорость липидозапасания, анатомическая структура.
Введение
Среди растений, запасающих масла в плодовой мякоти и семенах, преобладают представители тропической и средиземноморской флоры, к которым относятся маслина, авокадо, масличная пальма и некоторые другие, а также облепиха, произрастающая на территории Евразийского континента. Плоды облепихи накапливают масла не только в семенах, но и в плодовой мякоти (гипантии) в условиях разной степени гидратации этих органов: в сочном околоплоднике — на фоне высокой влажности, а в семенах - при их физиологическом обезвоживании [1, 2]. Масло плодовой мякоти обладает ярко выраженным лечебным эффектом и служит источником ценного лекарственного препарата - облепихового масла. Поэтому интерес к его изучению сохраняется на протяжении десятилетий.
Изучение особенностей маслообразования в плодах облепихи имеет теоретический интерес, приближая нас к пониманию липидозапасаю-щей функции в сочных плодах, и практическую ценность, позволяя оценивать сорта и формы, используемые в качестве генетических доноров при селекции на увеличение масличности, а
также как сырье для промышленного получения масла.
Цель настоящей работы - исследование динамики липидозапасания в плодовой мякоти и семенах облепихи, интродуцированной из разных мест обитания в Нижегородскую область, влияния степени сформированности тканей каждого из органов на этот процесс, а также оценка оптимальных сроков сбора плодов без потери масличности.
Материалы и методы
Объектом изучения липидозапасающей функции в плодах облепихи служили представители 4-х климатипов: Балтийского (БТ), Среднеазиатского (СА) и Кавказского (КВ), интродуцированных из природных мест обитания в питомник учебного хозяйства НГСХА «Новинки»; представитель Сибирского климатипа (СБ) - сорт Дар Катуни (ДК), признанный стандартным по биохимическим показателям, полученный при отборе сеянцев от свободного опыления облепихи, собранных на реке Катунь. Плоды сорта ДК также использовали для изучения формирования его анатомо-морфологичес-ких структур в ходе созревания.
Определение уровня масличности в плодах проводили с периодичностью в 6-8 дней на разных стадиях зрелости (зеленые, начало по-бурения, бурые, ботанически и технически зрелые) с 33-го по 108-ой день после опыления (ДПО). Собранные плоды разделяли на гипан-тий и семена. Подготовку растительного материала, составление средних проб проводили стандартным методом. Содержание липидов в каждом из органов определяли по отдельности методом Сокслета1, как описано ранее [3].
Анатомическое исследование созревающих плодов облепихи сорта Дар Катуни проводили с периодичностью в три дня: зеленые (с 30 по 60 ДПО), начало побурения (с 62 по 76 ДПО), бурые и ботанически зрелые (с 68 по 80 ДПО). При каждом отборе проб срезали по 10 плодов из средней зоны трех, расположенных рядом, ветвей одного куста облепихи и сразу фиксировали в 10%-ном нейтральном фармалине и ФУС; подготовку препаратов делали, как описано ранее [4]: резали на санном микротоме Рейхерта толщиной 5-7 микрон. Наклеивание срезов, удаление из них парафина проводили общепринятыми методами, клеточные структуры окрашивали гематоксилином по Майеру и 0.5%-ным спиртовым раствором оранжа-Ж [4]. Окрашенные препараты заливали в канадский бальзам.
Для определения локализации масла в клетках гипантия плоды резали на микротоме-криостате марки НК-25 толщиной 20 микрон при температуре -10оС, сразу помещали на предметное стекло, высушивали при комнатной температуре и окрашивали 7%-ным суданом черным «Б», приготовленным на этиленглико-ле. Все препараты просматривали под микроскопом МБИ 15-2; на нем же проводили фотосъемку.
Результаты и их обсуждение
Полученные результаты представлены на рис. 1 и 2. Можно видеть, что биосинтез масла в семенах и гипантии начинался на ранних этапах онтогенеза плода и имел существенные различия по климатипам (рис. 1, 2).
1 Суммарные ацилсодержащие липиды в плодах облепихи на 98% состоят из триацилглицеринов, являющихся основой растительных масел; оставшиеся 2% приходятся на полярные липиды, которые жестко связаны с мембранами и не выделяются диэтиловым эфиром. Поэтому ли-пидная фракция, получаемая методом Сокслета, является маслом, содержащим до 1% примесей, в основном в виде пигментов (хлорофиллов и каротиноидов).
В семенах с 39 по 53 ДПО накопление масла происходило с разной и возрастающей скоростью (рис. 1). Самой низкой скоростью характеризовались семена БТ (0.2-0.3 мас.%/сутки); у КВ и СБ она была соизмерима; а СА превосходил все остальные в 1.6-2 раза. В гипантии скорость этого процесса имела более значительные различия по климатипам на протяжении всего периода созревания (рис. 2). Так, с 39 по 46 ДПО (в фазу зеленых плодов) в гипантии СБ она достигала 1.0 мас.%/сутки; у БТ не превышала 0.4 мас.%/сутки, КВ и СА занимали промежуточное положение, скорость достигала 0.6 и 0.7 мас.%/сутки соответственно.
Период максимальной скорости липидо-запасания в каждом из этих органов также приходился на разный период времени: в семенах КВ с 53 по 59 ДПО, СБ - с 59 по 67 ДПО, у СА и БТ он был более продолжительным (с 67 по 80 ДПО) и сопровождался ее увеличением до 0.8-1.0 мас.%/сутки для всех климатипов в указанные периоды времени. После 80 ДПО скорость биосинтеза масла в семенах практически не изменялась (рис. 1) на фоне ее увеличения в гипантии: у КВ до 1.5-1.6, у БТ - 0.6-1.0 мас.%/сутки; СБ и СА имели меньшую и соизмеримую скорость - 0.4 и 0.6 мас.% /сутки соответственно, поскольку максимумы этого процесса в каждом из них приходились на более ранний период времени (рис. 2).
В результате различий в скорости маслооб-разования, плоды всех климатипов, за исключением БТ, достигали ботанической зрелости к 94-му ДПО и высоких значений масличности гипантия: СБ, СА и КВ 31.9; 32.2 и 33.9 мас.% соответственно, а БТ только 23.7 мас.%. Уменьшение концентрации масла в семенах СА и КВ после 101 -го ДПО, созревших раньше остальных, может быть следствием его частичного расходования на обменные процессы, например, дыхание в условиях полной изоляции семени от плодовой мякоти (рис. 3). Это оказывало влияние на уровень масличности семян, достигавших к 108 ДПО следующих значений: СБ - 19.5, СА и КВ 18 и 18.3 соответственно, а БТ - 17.5 мас.%. В отличие от семян, на завершающем этапе созревания плодов (101-108 ДПО) наблюдалось заметное увеличение скорости маслообразования в гипантии климатипов СА и БТ на фоне ее снижения в СБ при практически неизменном уровне в КВ. Поэтому к достижению плодами технической зрелости содержание масла в гипантии плодов составило: 28.0 (БТ), 29.6 (СБ), 33.0 (СА) и 34.2 мас.% (КВ).
Динамика содержания липидов в созревающих плодах облепихи крушиновидной ^РР°рЬае rhamnoides) 115
о4
и
о
«
ср
1)
«
о
о
25
20
15
10
СБ ■БТ СА КВ
110 120
Дни после опыления Рис. 1. Динамика содержания липидов в семенах плодов облепихи
5
0
30
40
50
60
70
80
90
00
о
о
«
о
40
35
30
25
20
15
10
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
Дни после опыления Рис. 2. Динамика содержания липидов в гипантии плодов облепихи
5
0
Полученные данные позволили установить, что стадии зрелости плодов и динамика масло-образования в его органах (рис. 1, 2) тесно связаны между собой. Особенно хорошо эта закономерность проявлялась к 80 ДПО, когда процесс маслообразования в семенах завершался, после чего наблюдалось изменение фенофаз: СА достигали технической зрелости, СБ — ботанической, а КВ и БТ находились в стадии по-бурения плодов и достигали ботанической зрелости только к 94 ДПО.
Для понимания особенностей процесса ли-пидозапасания в гипантии и семенах, а также
взаимосвязи этих процессов, было проведено анатомо-гистологическое исследование созревающего плода облепихи. Полученные данные позволили установить, что завершение формирования зародыша семени (рис. 4) сопровождалось увеличением скорости маслообразования в его тканях (рис. 1), развитием покровов, а затем опробковением наружного интегумента (рис. 3), что приводило к изоляции семени и прекращению его анатомической взаимосвязи с гипанти-ем. В результате этих процессов метаболиты не поступали из гипантия к семени, что способствовало увеличению скорости биосин-
Рис. 3. Фрагмент продольного среза семени; 74 ДПО (х2000)
Рис. 4. Фрагмент продольного среза зародыша семени; 70 ДПО (х400)
Динамика содержания липидов в созревающих плодах облепихи крушиновидной (Hippophae rhamnoides) 117
теза масла в гипантии (рис. 2), переходу хлоро-пластов в хромопласты и быстрому созреванию плодов.
Принимая во внимание, что масло гипантия представляет особую ценность, поскольку обладает лечебным эффектом и используется в медицинской практике, было проведено изучение его внутриклеточной локализации. Полученные данные (рис. 5) показали, что первоначально масло в виде отдельных глобул откладывалось вдоль клеточных стенок, что хорошо прослеживается к 53 ДПО (рис. 5а). После прекращения анатомической взаимосвязи между семенем и гипантием (рис. 3) скорость синтеза масла увеличивалась (рис. 2), в результате чего к 90 ДПО все свободное пространство в клетках гипантия заполнялось маслом (рис. 5б). К достижению плодами технической зрелости (107108 ДПО) отдельные капли масла уже не дифференцировались, так же как и отдельные клетки, и вся плодовая мякоть представляла собой однородную массу, содержащую большое количество масла (рис. 5в). Высокая концентрация масла на фоне максимальной степени гидратации тканей [1] приводила к лизису клеток и их разрушению (рис. 5). Поэтому оптимальным для сбора плодов является период в 7—10 дней до достижения плодами технической зрелости, поскольку при их перезревании происходит мацерация тканей плодовой мякоти (рис. 5в) и потеря масличности (рис. 2).
Сравнивая динамику маслообразования в гипантии и семенах интродуцентов 4-х клима-типов с результатами, полученные нами ранее, можно видеть, что они сходны [5-7]. По уровню масличности изученные сорта и формы не имеют принципиальных различий и укладываются в такие же пределы. Характеризуя уровень
масличности, надо отметить, что в литературе преобладают данные по масличности целого плода, а не отдельных его органов, рассчитанные на г массы или на один плод. Однако при соответствующем пересчете результатов настоящей работы можно видеть, что эти данные соизмеримы [8-10]. Можно лишь отметить, что уровень масличности плодов облепихи выше, чем у других культур. Например, масличность лимонника из различных регионов произрастания в расчете на сухую массу по результатам разных авторов колеблется от 27-30 до 40 мас.% [11, 12], что соответствует результатам настоящей работы, согласно которым концентрация масла в плодах облепихи к достижению технической зрелости по климатипам колеблется от 45 до 52.5 мас.%.
Заключение
Полученные результаты позволили установить, что особенности динамики маслообразо-вания, время созревания и уровень масличности плодов у представителей каждого из климати-пов определяются степенью сформированности зародыша семени и сохраняются в условиях Нижегородской области. Различия в динамике синтеза масла в гипантии выражены в большей степени, чем в семенах, особенно у представителей климатипа СБ. Физиологическая целесообразность накопления масла в семенах известна, связана с репродуктивной функцией, определяется продолжительностью их формирования и накоплением оптимального количества запасного масла, прежде всего в семядолях зародыша, расходуется на физиологические процессы, например, дыхание, прорастание и сохранение жизнеспособности зародыша в небла-
гоприятных условиях среды. Причины накопления масла в плодовой мякоти как облепихи, так и околоплодниках других сочных плодов (маслина, авокадо, масличная пальма) до конца не ясны, но проводимые работы по изучению маслообразования в этой части плода будут приближать нас к пониманию этих процессов.
Список литературы
1. Бережная Г.А., Калье А.И. Динамика изменения степени оводненности в гипантии созревающих плодов облепихи 4-х климатипов, интродуцирован-ных в условия Нижегородской области // В сб.: Научные основы системы земледелия и их совершенствование. Н. Новгород: НГСХА, 2007. С. 269273.
2. Бережная Г.А., Калье А.И. Динамика изменения степени оводненности в семенах созревающих плодов облепихи 4-х климатипов, интродуцирован-ных в условия Нижегордской области // В сб.: Научные основы системы земледелия и их совершенствование. Н. Новгород: НГСХА, 2007. С. 273-275.
3. Ермаков А.И., Арасимович М.И. и др. Методы биохимического исследования растений. Л.: Колос, 1972. 456 с.
4. Дженсен У. Ботаническая гистохимия. М.: Мир, 1965. 376 с.
5. Бережная Г.А., Озернина О.В., Елисеев И.П., Цыдендамбаев В.Д., Верещагин А.Г. Динамика абсолютного содержания и жирнокислотного состава
ацилсодержащих липидов в созревающих плодах облепихи // Физиология растений. 1992. Т. 39. Вып.6. С. 1187-1196.
6. Бережная Г.А. Маслообразование в плодах облепихи крушиновидной // В сб. науч. трудов: Селекция, интродукция плодовых и ягодных культур. Н. Новгород: НГСХА, 2003. С. 155-158.
7. Бережная Г.А., Калье А.И. Динамика содержания липидов в созревающих семенах облепихи (Hippophae rhamnoides), интродуцированной в Нижегородской области // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. 2011. № 4. С. 10-12.
8. Ершова И.В. Оценка алтайских сортов и гибридов облепихи по биохимическому составу плодов // Достижения науки и техники АПК. 2009. № 7. С. 11-12.
9. Ильина Н.А. Продуктивность сортов облепихи в условиях Урала // Сборник научных трудов / Юж.-Урал. науч.-исслед. институт плодоовощевод-ства и картофелеводства. 2010. Т. 12. С. 35-38.
10. Фирсова С.В., Пленкина Г.А. Биохимические показатели сортообразцов облепихи в условиях Кировской области / Сев.-Вост. науч.-метод. центр Рос-сельхозакадемии. 2010. № 3. С. 23-26.
11. Кротова И.В., Ефремов А.А. Исследование химического состава плодов лимонника китайского. // Химия растительного сырья. 1999. № 4. С. 131-137.
12. Орехова Т.П. Семена дальневосточных деревянистых растений // В кн.: Морфология, биохимия и хранение. Владивосток: Дальнаука, 2005. 161 с.
DYNAMICS OF LIPID CONTENT IN RIPENING BERRIES OF SEA-BUCKTHORN (HIPPOPHAE RHAMNOIDES L.) INTRODUCED TO THE NIZHNY NOVGOROD REGION
G.A. Berezhnaya, A.I. Kalye
The data are presented on lipid content dynamics in ripening berry seeds and fruit pulp of sea-buckthorn of Baltic, Central Asian, Caucasian and Siberian climatypes introduced to the N. Novgorod region from their natural habitats. The relationship between the processes of oil formation, ripening stages and the anatomical structure of each of these berry parts has been revealed, as well as the influence of the sea-buckthorn genotype under conditions of the N. Novgorod region.
Keywords: sea-buckthorn (Hippophae rhamnoides L.), seeds, hypanthium, climatypes, introduced (alien) plants, lipids, content dynamics, lipid accumulation rate, anatomical structure.
