Фракционный и жирнокислотный состав суммарных липидов почек растений рода Betula L. в период распускания Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

Труды Карельского научного центра РАН № 6. 2019. С. 16-26

Опубликована в онлайн-версии в декабре 2018 г. DOI: 10.17076^782

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СТАТЬИ

УДК 577.115.32:582.632.1

ФРАКЦИОННЫЙ И ЖИРНОКИСЛОТНЫЙ СОСТАВ СУММАРНЫХ ЛИПИДОВ ПОЧЕК РАСТЕНИЙ РОДА ВЕТШЛ L. В ПЕРИОД РАСПУСКАНИЯ

Н. П. Чернобровкина1, И. В. Морозова2, М. К. Ильинова1

1 Институт леса КарНЦ РАН, ФИЦ «Карельский научный центр РАН», Петрозаводск, Россия

2 Институт водных проблем Севера КарНЦ РАН, ФИЦ «Карельский научный центр РАН», Петрозаводск, Россия

Проведено выделение из распускающихся почек растений рода Betula L. смесью хлороформа и метанола органических соединений, принятых за суммарные липи-ды (СЛ), и последовательными растворителями хлороформом, ацетоном и метанолом - органических соединений, принятых соответственно за нейтральные липиды (НЛ), гликолипиды (ГЛ) и фосфолипиды (ФЛ). Показано, что содержание СЛ в процессе распускания почек деревьев с морфологическими признаками березы пушистой Betula pubescens Ehrh., березы повислой Betula pendula Roth и карельской березы Betula pendula Roth var. carelica (Mercklin) Hamet-Ahti варьировало в диапазоне 27-45 % от абсолютно сухой массы (а. с. м.). СЛ были представлены в основном фракцией НЛ - до 42 % от а. с. м., фракции ГЛ и ФЛ не превышали 13 и 8 % соответственно. Ненасыщенные жирные кислоты (ЖК) в почках берез составляли до 85 % от суммы ЖК. Основную долю их представляли линолевая и линоленовая кислоты (до 44 и 39 % от суммы ЖК соответственно), из насыщенных - пальмитиновая (до 32 %). Содержание линолевой кислоты снижалось в процессе распускания почек. Выявлены особенности липидного состава распускающихся почек берез, различающихся по морфологическим признакам.

Ключевые слова: Betula pubescens Ehrh.; Betula pendula Roth; Betula pendula Roth var. carelica (Mercklin) Hamet-Ahti; почки; фазы распускания; суммарные; нейтральные; фосфо- и гликолипиды; жирные кислоты.

N. P. Chernobrovkina, I. V. Morozova, M. K. Ilyinova. THE COMPOSITION OF TOTAL LIPID FRACTIONS AND FATTY ACIDS IN BUDS OF BIRCH SPECIES DURING BUD BREAK

In the process of bud break in downy birch Betula pubescens Ehrh., silver birch Betula pendula Roth, and Karelian birch Betula pendula var. carelica Merckl., total lipid (TL) content in buds varied within 27-45 % of absolute dry weight (a. d. w.). The chief TL fraction

was neutral lipids, contributing up to 42 % of a. d. w., whereas glyco- and phospholipids did not exceed 13 and 8 %, respectively. Unsaturated FA in birch buds contributed up to 85 % to total FA. They were primarily represented by linoleic and linolenic acids (up to 44 and 39 % of total FA, respectively). The most abundant saturated FA was palmitic acid (up to 32 %). Linoleic acid content declined further into the bud break period. Species-specific features of the lipid composition of breaking buds in the birches were identified.

Keywords: Betula pubescens Ehrh.; Betula pendula Roth; Betula pendula Roth var. carelica (Mercklin) Hamet-Ahti; buds; bud break phases; total; neutral; phospho- and gly-colipids; fatty acids.

Введение

К настоящему времени опубликовано значительное количество работ, посвященных изучению сезонных изменений фракционного и жирнокислотного состава (ЖКС) липидов разных органов берез [Чернобровкина, Ильи-нова, 1983; Родионов и др., 1987; Ветчинникова и др., 2000; Шуляковская и др., 2004; Ветчинникова, 2004, 2005]. Большое внимание уделено изучению липидного состава почек растений: обнаружены различия в качественном составе липидов и их содержании в почках растений рода Betula L. с морфологическими признаками, характерными для разных видов и форм березы, проведены исследования эндогенной, возрастной, сезонной, географической изменчивости разных представителей рода Betula L, исследован ЖКС и определены преобладающие жирные кислоты (ЖК) липидов почек берез. При изучении сезонной динамики содержания липидов в почках березы пушистой, повислой и карельской березы было показано, что максимум накопления липидов приходится на осенне-зимний период [Ветчинникова, 2004]. Весной количество липидов в почках снижается в связи с использованием их на ростовые процессы [Родионов и др., 1987]. Изменения фракционного и ЖКС липидов, происходящие в почках растений рода Betula L. по фазам их развития при переходе растений из состояния вынужденного покоя в вегетационный период, остаются неисследованными.

Целью нашей работы было изучение фракционного и ЖКС суммарных липидов почек растений рода Betula L. по фазам распускания.

Материалы и методы

Исследовали вегетативные почки 30-летних растений рода Betula L. с характерными морфологическими признаками березы пушистой Betula pubescens Ehrh. (далее - береза пушистая), березы повислой Betula pendula Roth

(береза повисл ая) и карельской березы Betula pendula Roth var. carelica (Mercklin) Hämet-Ahti (карельская береза), произрастающих на опытных участках Агробиологической станции Карельского научного центра РАН в окрестностях города Петрозаводска. Для проведения эксперимента осуществили идентификацию исследуемых берез по морфологическим признакам, по которым отнесли исследуемые растения к двум видам и подвиду [Ермаков, 1986; Ветчинникова, 2004]. Береза повислая характеризовалась прямым стройным стволом, высотой 13-15 м, диаметром 21-25 см на расстоянии 1 м от земли, имела ажурную крону и свисающие вниз ветви, однолетние побеги были красновато-бурые со смолистыми желёзками - «бородавками», поверхность листа матовая. Береза пушистая характеризовалась также прямым стройным стволом, высотой 10-12 м и диаметром 17-21 см, имела плотную крону с распростертыми вверх ветвями, ауксибласты были красновато-бурого цвета, покрытые густым опушением, листья также характеризовались ярко выраженным опушением. Карельская береза была прямоствольной, высотой 5-7 м, с диаметром ствола 11-14 см, на стволе отмечалось наличие характерных вздутий, неровностей и бугорчатых выпуклостей, выявлена высокая степень узорчатости текстуры древесины. Для исследований использовали по три растения с типичными для двух видов и подвида морфологическими признаками.

Исследования проводили с 29 апреля по 20 мая 2008 г. Почки со всех исследованных берез отбирали одновременно в утренние часы (10-11 ч) с боковых побегов средней части кроны южной экспозиции в соответствии с фено-фазами распускания почек: I фаза - набухание почек (почки заметно увеличились в размерах, конец апреля), II фаза - разверзание почек (в верхней части почек появился конус молодых листьев, начало мая); III фаза - раскрытие вегетативных почек (молодые листья сложены в трубочку, вторая декада мая); IV фаза - мо-

лодые листья размером до 10 мм (обособление молодых листьев, поверхность листьев складчатая, видны черешки, третья декада мая) [Березовые..., 1992]. Фазы распускания почек у исследуемых растений прослеживали визуально, в год проведения эксперимента по срокам они совпадали.

Экстракцию из тканей суммарных липидов (СЛ) и их очистку проводили по общепринятым методам [Folch et al., 1957; Кейтс, 1975]. Извлекали СЛ системой растворителей - хлороформ : метанол (2:1 по объему). Разделение липидов на фракции выполняли методом колоночной хроматографии, где в качестве неподвижной фазы использовали силикагель Davisil Silica gel (mesh) 100-200, а в качестве подвижной фазы - систему последовательных растворителей: хлороформ, ацетон, метанол соответственно для экстракции нейтральных липидов (НЛ), гликолипидов (ГЛ) и фосфолипидов (ФЛ). Процедура экстракции по J. Folch с соавторами [1957] системой растворителей хлороформ : метанол приводит к количественному извлечению в практически неизменном виде клеточных липидов, к которым относится огромное число органических соединений: углеводороды, спирты, альдегиды, кетоны и хиноны, нормальные насыщенные кислоты, воски, эфиры стеринов и спиртов, витаминов A, D, E, простые эфиры глицерина, фосфолипиды, гликолипи-ды. Дальнейшее разделение липидной смеси элюентами с разной степенью полярности приводит к делению СЛ на следующие фракции: НЛ (неполярные компоненты) - углеводороды, каротиноиды и хлорофилл, воски, ЖК, альдегиды, кетоны; ГЛ (слабополярные компоненты) - моно- и дигалактозилдиглицериды, цереброзиды, гликозиды стеринов, сульфоли-пиды кардиолипина и фосфатидовой кислоты, следовые количества НЛ; ФЛ (сильнополярные компоненты) представляют собой ФЛ и следы ГЛ [Кейтс, 1975]. Поэтому представленное в нашей работе обозначение фракций базировалось на общепринятой методике и обосновывалось преобладанием в них определенных фракций липидов. Объем растворителя, необходимый для полного извлечения каждой фракции, контролировали методом сжигания липидов в концентрированной серной кислоте при 200 °С (в электрическом блоке 15 минут) с последующим спектрофотометрированием растворов при 375 нм [Marsh, Weinstein, 1966]. Стандартным весовым методом определяли массу СЛ и их фракций в % от абсолютно сухой массы почек.

Жирные кислоты (ЖК) СЛ исследовали в виде метиловых эфиров, которые получа-

ли переэтерификацией липидов метанолом в присутствии ацетилхлорида. Разделение смеси ЖК на составляющие компоненты осуществляли на газожидкостном хроматографе «Хроматэк- Кристалл 5000.1» (Йошкар-Ола, Россия) с использованием капиллярной колонки Zebron ZB-FFAP (50 м х 0,32 мм). Анализ проводили в изотермическом режиме: температура колонки 190 °С, испарителя - 240 °С, детектора пламенно-ионизационного - 260 °С. Газ-носитель - азот. Скорость пропускания через колонку азота, водорода, воздуха - 50, 40, 400 мл/мин соответственно. Идентифицировали ЖК с помощью метчиков - стандартных ЖК (Supelko, 37 компонентов, USA), а также сопоставлением эквивалентной длины цепи с табличными данными [Jamieson, 1975]. Концентрацию ЖК рассчитывали методом процентной нормализации по площадям пиков [Столяров и др., 1978]. ЖК были выделены в группы, отличающиеся по числу двойных связей в углеродной цепи: ненасыщенные (моно-, ди- и три-еновые) (ННЖК) и насыщенные (без двойных связей) (НЖК). Индекс двойных связей (ИДС), характеризующий степень ненасыщенности ЖК, рассчитывали по методу Лайонса и др. [Lyons et al., 1964]. Для сравнительного анализа липидов почек у разных берез были использованы ЖК: пальмитиновая С16:0, стеариновая С180, олеиновая С181, линолевая С182, линолено-

вая С18:3.

Математическую обработку данных проводили с помощью общепринятых методов статистики с использованием пакета программ Microsoft Excel. Результаты представлены в виде средних арифметических значений трех и более независимых экспериментов и их стандартных ошибок, которые не превышали 10 %.

Результаты и обсуждение

Динамика СЛ и их фракций

у распускающихся почек растений

рода Betula L.

В распускающихся почках исследованных берез количество СЛ составляло 27-45 % от абсолютно сухой массы (а. с. м.) (рис. 1). Высокое содержание СЛ в почках берез связано с тем, что, как отмечено выше, процедура экстракции по J. Folch с соавт. [1957] системой растворителей хлороформ : метанол приводит к количественному извлечению клеточных липидов, к которым относится большое число органических соединений. Основная масса СЛ была представлена фракцией нейтральных ли-пидов (НЛ) - до 42 % от а. с. м. (рис. 2). НЛ -

я о

4 к с

5

Ц

X

3

X

6

к

*

а

tu

к о U

□ 1 □2 ИЗ

<3

Е

S Ü &

о о ТЗ

d ь tu

О

о £ й щ й "о СЛ

о о t« О

tu л ^

Е-

II

III

IV

Фаза распускания почек The phase of bud break

Рис. 1. Содержание суммарных липидов в почках растений рода Betula L. в период распускания. Здесь и на рис. 2:

1 - Betula pubescens Ehrh., 2 - B. pendula Roth, 3 - B. pendula var. carelica Merckl.

Fig. 1. Total lipid content in buds of birch of different species and forms during bud break. Here

and in Fig. 2:

1 - Betula pubescens Ehrh., 2 - B. pendula Roth, 3 - B. pendula var. carelica Merckl.

I

это эфиры глицерина и ЖК, они служат формой хранения углерода в растениях и используются в основном как источник энергии и запасных соединений для роста побегов и листьев [Родионов и др., 1987; Рпэрапеп, Эагапраа, 2004; Нестеров, 2007; Марковская, Шмакова, 2017]. Снижение уровня НЛ в почках берез на первых этапах распускания может быть обусловлено особенно интенсивным использованием их на ростовые процессы, когда еще не происходит в достаточном количестве пополнения энергетического материала в клетках растений за счет фотосинтеза и поступления элементов питания из почвы.

Фракции глико- и фосфолипидов (ГЛ и ФЛ) не превышали 13 и 8 % от а. с. м. соответственно. Однонаправленного для всех берез изменения содержания ГЛ в процессе распускания почек не наблюдалось. ГЛ - сложные липиды, в составе которых имеются молекулы углеводной группы, являются основными компонентами тилакоидных мембран хлоропластов. ФЛ составляют основу всех мембран клетки. Уровень этой фракции липидов у трех берез повышался в фазу раскрытия почек. Очевидно, в этот период, в III фазу распускания почек, когда почки раскрываются и появляются молодые листья, ФЛ в них активно синтезируются и принимают участие в формировании клеточных структур. Ранее на основании сравнительного исследо-

вания липидного состава распускающихся почек (без учета фаз развития) и молодых листьев у березы повислой и березы пушистой было сделано заключение, что при распускании почек существенно повышается содержание ФЛ в связи с активным образованием клеточных структур, в мембраны которых они входят [Шу-ляковская и др., 2004]. Наши данные показали, что это происходит в III фазу распускания почек. Перед появлением хвои в меристемах почек хвойных растений содержание ГЛ и ФЛ в мембранах также значительно возрастало, что объясняют увеличением размеров клеток и формированием их фотосинтетического аппарата [Алаудинова, 2011].

Динамика ЖК СЛ у распускающихся почек

растений рода Betula L.

В СЛ почек исследованных берез поддерживался высокий уровень ненасыщенных ЖК (ННЖК) - до 85 % от суммы ЖК, свидетельствующий о немалой степени жидкостности мембран клеток развивающихся почек, что, очевидно, является необходимым условием для активно протекающих в этот период метаболических процессов и обеспечивает защитные функции растений от возможных неблагоприятных климатических условий в весенний период (табл.). Показатели индекса двойных связей

и о

к

S с к

Ч

■о Я ■о

а

ч «

CD X CD К

а

CD

к о U

'ft

й и

* £

CD ТЗ

Й CD

^ Ц

о J2

-й °

Й от

3 З

Я ^

О О

о °

Jg *

Е-

50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0

□ 1 □2 Н3

II

III

IV

и о к к с

S

4

о «

5

ч

CD

к

ей

ь о

я "-Я

¡3 ^

ft

CD К О

U

II

III

IV

10

и о

к

S с S

ч о

•е

о о

•е

CD

К

*

ft

CD

ч о U

ей

Ь

О

^

J§ е

О -О "о «

с

CD

1= О о

CD

Л f-

о

I I I I

1

■

II

III

IV

Фаза распускания почек

The phase of bud break

Рис. 2. Динамика содержания нейтральных липидов (а), глико- (б) и фосфолипидов (в) в почках растений рода Betula L. в период распускания

Fig. 2. Variation of the content of neutral lipids (а), glyco- (б) and phospholipids (в) in buds of birch of different species and forms during bud break

а

I

I

в

5

0

I

Состав жирных кислот (ЖК) суммарных липидов почек растений рода Betula L. по фазам распускания

The composition of total lipid fatty acids (FA) in buds of plants of the genus Betula L. at different phases of bud break

Фаза распускания

Содержание ЖК (% от суммы ЖК) Content of FA (% of the sum of FA)

Bud break phase 16:0 18:0 18:1 (n-9) 18:2 (n-6) 18:3 (n-3) I насыщ. I saturated I ненасыщ. I unsaturated ИДС DBI

B. pubescens

I 29,34а 9,11а 4,64а 38,29в 18,62а 38,45а 61,55а 1,37а

II 32,40а 8,08а 3,24а 34,64 21,64а 40,48а 59,52а 1,37а

III 27,82в 4,81в 14,67а 30,99а 21,70а 32,63в 67,36в 1,41в

IV 30,61в 12,63а 7,07а 26,13в 23,56а 43,24а 56,76а 1,30а

B. pendula

I 12,79 2,12 6,86 39,31в 38,91в 14,91 85,08 2,02

II 18,17 1,86 6,08в 35,03в 38,86в 20,03 79,97 1,92

III 29,54в 4,05в 10,4в 25,71в 30,30 33,59в 66,41в 1,52в

IV 27,28в 4,22в 9,52 28,43в 30,55 31,50в 68,50в 1,58в

B. pendula var. carelica

I 13,68 2,17 6,88 44,34 32,94 15,85 84,16 1,94

II 18,49 2,25 9,91 40,60 28,76 20,74 79,27 1,77

III 17,70 2,90 7,53 38,74 33,14 20,60 79,41 1,84

IV 17,54 2,25 11,65 33,76 34,80 19,79 80,21 1,83

Примечание. а - различия достоверны по сравнению с показателями, характеризующими соответствующую фазу у двух других берез при p < 0,05; в - различия достоверны по сравнению с показателями, характеризующими соответствующую фазу у карельской березы при p < 0,05.

Note. а - differences are significant compared to the values describing the same phase in two other birch forms/species at p < 0.05; в - differences are significant compared to the values describing the same phase in Karelian birch at p < 0.05.

(ИДС) ЖК СЛ почек имели значения больше 1,0 у всех трех объектов, что говорит о высокой доле в составе СЛ ННЖК, содержащих в своем составе кратные связи. Значительная степень ненасыщенности ЖК мембранных липидов определяет физическое состояние биологических мембран, что важно для поддержания текучести липидного окружения мембранных белков и особенно ферментов, обеспечения пропускной способности мембран для ионов и молекул, а это, в свою очередь, определяет характер и интенсивность метаболизма в клетках [Somerville, Browse, 1991; Hugly, Somer-ville, 1992; Смирнов, Богдан, 2007; Лось, 2014]. В почках разных видов берез преобладали диеновые и триеновые кислоты, в листьях - трие-новые [Ветчинникова и др., 2000; Шуляковская и др., 2004]. Предполагается, что при формировании листьев происходит десатурация ЖК с образованием новых двойных связей. Также при формировании фотосинтетического аппарата в клетках молодой хвои Larix sibirica Ledeb., Picea obovata Ledeb. и Pinus sylvestris L. в составе ННЖК ГЛ почти вдвое возрастала доля триеновых ЖК [Алаудинова, 2011]. Следует отметить, что максимальное содержание ННЖК в почках растений рода Betula и у хвойных растений отмечалось в зимний период, что обеспечивало поддержание жидкого фазового состояния мембран[Ветчинникова, 2004; Алау-

динова, 2011; Романова и др., 2016]. При переходе растений от зимнего к весеннему периоду повышалась скорость гидрогенизации двойных связей ННЖК и, как следствие, происходило снижение их доли в ЖКС липидов. Изменения в ЖКС лиственных и хвойных древесных растений свидетельствуют о наличии у них определенной аналогии в перестройке клеточного метаболизма в сезонных циклах их развития.

Группу ННЖК почек исследованных берез в период распускания составляли преимущественно линолевая С182 и линоленовая С183 кислоты (до 44 и 39 % от суммы ЖК соответственно). Растения, в отличие от животных, могут синтезировать эти ЖК, которые в основном и определяют состояние мембран [Miquel, Browse, 1992; Macartney et al., 1994; Васьковский, 1997; Лось, 2001; Hills, Roscoe, 2006; Dörmann, 2006; Алаудинова, Миронов, 2011; Попов и др., 2017]. Уровень линоленовой кислоты в СЛ почек исследованных берез во все фазы распускания был высоким. Значительное количество этой кислоты в СЛ почек обеспечивало активные метаболические процессы, связанные со структурно-функциональными изменениями при переходе растения из состояния вынужденного покоя к активной вегетации. При росте листовой пластинки у березы повислой и березы пушистой происходило снижение относительного содержания линолевой кислоты (С182) и повы-

шение линоленовой (С183), что было наиболее выражено в ГЛ листьев [Шуляковская и др., 2004]. Увеличение степени ненасыщенности ЖК в процессе развития листа связывают с биогенезом хлоропластов, мембраны тилакоидов которых отличаются высоким уровнем ННЖК (до 85-90 % от суммы ЖК) [Murphy, 1986]. Триеновые ЖК обладают значительно более низкой по сравнению с насыщенными, моно-и диеновыми ЖК температурой плавления, что крайне важно для сохранения мембранами жидкокристаллического состояния, обеспечивающего активное протекание метаболических процессов в клетке. Преимущественное накопление линоленовой кислоты именно в тила-коидных мембранах хлоропластов обусловлено той важной ролью, которую играет данная ЖК в процессе фотосинтеза. Эта ЖК способна принимать спиральную конформацию, что позволяет включающим ее липидам образовывать комплексы с мембранными белками и пигментами при построении фотосинтетических субъединиц и обеспечивает возможность переноса электронов по электронтранспортной цепи хлоропластов [Laskay, 1986].

Обнаруженное нами в процессе распускания почек у исследованных берез снижение уровня линолевой кислоты, возможно, обусловлено использованием ее в метаболических процессах при переходе растения к активной вегетации. В СЛ листьев по сравнению с почками у березы повислой и березы пушистой наблюдалось повышенное содержание триеновых кислот (главным образом линоленовой) за счет пониженного уровня диеновых (преимущественно линолевой) [Ветчинникова и др., 2000], и, как отмечено выше, при росте листовой пластинки происходило снижение содержания линолевой кислоты [Шуляковская и др., 2004]. В весенний период динамика ННЖК в почках лиственных древесных пород (судя по березе) и хвойных растений различается и у разных видов хвойных растений имеет характерные для вида особенности [Ветчинникова и др., 2000; Шуляковская и др., 2004; Алаудинова, 2011; Романова и др., 2016].

В почках исследованных берез в группе НЖК преобладала пальмитиновая (до 32 % от суммы ЖК). Ранее также было показано, что в почках и листьях березы повислой и пушистой эта кислота составляла максимальное количество среди НЖК [Чернобровкина, Ильинова, 1983; Родионов и др., 1987; Ветчинникова и др., 2000; Шуляковская и др., 2004]. В распускающихся почках исследованных берез однонаправленного изменения содержания пальмитиновой и стеариновой кислот не наблюдалось.

Различия в липидном составе распускающихся почек у различающихся по морфологическим признакам растений рода Betula L.

Значительные изменения уровня СЛ в распускающихся почках происходили только у березы пушистой. В фазу набухания почек уровень СЛ у нее в 1,4 раза превышал этот показатель у березы повислой, в 1,5 раза - у карельской березы и в 1,5 и 1,3 раза превышал уровень липидов в молодых листьях у березы повислой и карельской березы соответственно. Ранее также было показано, что у почек растений с морфологическими показателями березы пушистой по сравнению с березой повислой, идентифицированной по морфологическим признакам, высоко содержание СЛ, повышенный уровень коротко-цепочковых и насыщенных ЖК [Ветчинникова и др., 2000; Ветчинникова, 2004]. В фазы раз-верзания и особенно раскрытия почек уровень СЛ в них у трех берез был близким. У березы пушистой отмечалось самое высокое содержание НЛ в набухших почках и в молодых листьях. В фазу раскрытия почек уровень НЛ в их составе был одинаковым у всех берез (24 % от а. с. м.). Динамика НЛ в почках трех берез в первые три фазы распускания была идентичной, в IV фазу - в молодых листьях по сравнению с III фазой у березы пушистой содержание НЛ повышалось, а у других берез - снижалось.

В почках березы пушистой в процессе распускания отмечалось минимальное количество ГЛ, кроме фазы раскрытия, когда уровень ее повышался и достигал значения этого показателя у березы повислой (11 % от а. с. м.). В почках березы повислой уровень ГЛ не изменялся в период исследования, а у карельской березы содержание этой фракции понижалось к фазе раскрытия почек и оставалось на том же уровне в молодых листьях.

У березы повислой в набухающих почках, и особенно в фазу их раскрытия, содержание ФЛ было значительно выше (4-8 % от а. с. м.), чем у других берез, в то время как в фазу разверза-ния и в молодых листьях уровни ФЛ у всех исследованных берез сближались. У березы пушистой уровень ФЛ в почках был неизменным (до 2 % от а. с. м.) в период исследования, за исключением фазы раскрытия почек, когда он повышался (до 4 % от а. с. м.). У березы повислой и карельской березы отмечалась идентичная динамика ФЛ в почках - снижение уровня во II и IV фазы при повышенном содержании в I и III фазы.

У березы пушистой, в отличие от других берез, отмечался самый низкий уровень ННЖК (57-67 % от суммы ЖК) во все фазы. В почках

березы повислой в последние две фазы распускания сумма данной группы ЖК снижалась, а в почках карельской березы в период исследования оставалась без изменений.

Самое низкое содержание линоленовой кислоты обнаружено у березы пушистой в набухших почках (19 % от суммы ЖК), в дальнейшем в процессе распускания почек отмечалась тенденция к увеличению уровня этой кислоты (до 24 %). В почках березы повислой уровень линоленовой кислоты в III и IV фазах был пониженным по сравнению с двумя первыми фазами, у карельской березы ее содержание оставалось стабильным в период исследования. Уровень линолевой кислоты был самый высокий в почках карельской березы по сравнению с другими березами.

Содержание пальмитиновой кислоты в почках березы пушистой в исследуемый период было стабильно высокое (28-32 % от суммы ЖК). Уровень ее значительно увеличивался в последние две фазы распускания почек березы повислой (в 2,3 раза) и оставался относительно стабильным у карельской березы (1418 %). Уровень стеариновой кислоты в почках берез составлял лишь 2-13 %. Он был более высоким в почках березы пушистой по сравнению с другими березами, и лишь в фазе раскрытия почек содержание ее приближалось к уровню у других берез. У березы повислой уровень стеариновой кислоты повышался вдвое в две последние фазы. У карельской березы ее содержание было самым низким в последние две фазы распускания почек - вдвое ниже, чем у березы повислой, и в 5,6 раза ниже, чем у березы пушистой.

Заключение

В результате исследований у растений рода Betula L. выявлены тенденции, касающиеся изменения содержания СЛ, их фракций и ЖК СЛ в почках по фазам распускания. Содержание СЛ варьировало от 27 до 45 % от а. с. м. в зависимости от фазы распускания почек. В составе СЛ преобладали НЛ (до 42 % от а. с. м.), ГЛ и ФЛ не превышали 13 и 8 % соответственно. ННЖК составляли до 85 % от суммы ЖК. Преобладание ННЖК в СЛ почек берез позволяет сохранять текучесть мембран их тканей на физиологически активном уровне, обеспечивающем интенсивные структурно-функциональные изменения в распускающихся почках и устойчивость их к возможным неблагоприятным климатическим условиям в весенний период.

Основной вклад в группу ННЖК почек берез вносили линолевая и линоленовая (до 44

и 39 % от суммы ЖК соответственно), в группу НЖК - пальмитиновая (до 32 %). Установленное снижение содержания линолевой кислоты в почках берез в процессе их распускания, вероятно, связано с использованием этой кислоты в метаболических процессах, направленных на формирование структур молодого листа, при дальнейшем росте которого продолжается ее снижение и накапливаются триеновые кислоты, преимущественно ли-ноленовая, активно участвующая в процессе фотосинтеза.

Особенности липидного состава распускающихся почек исследуемых берез, различающихся по морфологическим признакам, заключаются в следующем. У березы пушистой, в отличие от двух других берез, отмечался высокий уровень СЛ и фракции НЛ в набухших почках и молодых (до 10 мм) листьях; низкий уровень ГЛ и ФЛ, за исключением фазы раскрытия почек; высокое содержание НЖК (до 43 % от суммы) (кроме III фазы), обусловленное преимущественно высоким уровнем пальмитиновой и стеариновой кислот; низкий уровень лино-леновой кислоты и олеиновой (кроме III фазы). У близкородственных растений - березы повислой и ее подвида карельской березы - показатели, характеризующие содержание исследуемых липидных соединений в распускающихся почках, составляли близкие величины. Отличительной особенностью карельской березы является значительно более низкий уровень ФЛ в фазе раскрытия почек по сравнению с другими березами, пальмитиновой и стеариновой кислот - в последние две фазы их распускания, а также стабильное содержание суммы ННЖК и повышенный уровень линолевой кислоты в период исследования.

Выявленные различия в содержании СЛ, их фракций и жирнокислотного состава у распускающихся почек различающихся по морфологическим показателям берез могут отражать особенности липидного обмена тканей в процессе развития почек в весенний период. Фи-зиолого-биохимические механизмы, обусловливающие процессы аккумуляции липидных соединений в почках разных видов и форм растений рода Betula L. в годичном цикле их развития, в частности, по фазам распускания, являются во многом нераскрытыми и представляют интерес для дальнейших исследований.

Исследования выполнены на научном оборудовании Центра коллективного пользования Федерального исследовательского центра «Карельский научный центр Российской академии наук». Финансовое обеспечение исследований осу-

ществлялось из средств федерального бюджета на выполнение государственного задания КарНЦ РАН (Институтлеса КарНЦ РАН).

Литература

Алаудинова Е. В. Экологические особенности низкотемпературной адаптации лесообразующих хвойных видов Сибири: структурно-химические изменения меристем почек: Дис. ... докт. биол. наук. Красноярск, 2011. 462 с.

Алаудинова Е. В., Миронов П. В. Сосна обыкновенная: особенности метаболизма мембранных ли-пидов живых тканей почек // ИВУЗ. Лесной журнал. 2011. № 4. С. 17-23.

Березовые леса Беларуси: типы, ассоциации, сезонное развитие и продуктивность / Под ред. И. Д. Юркевича. Минск: Навука i тэхнка, 1992. 183 с.

Васьковский В. Е. Липиды // Соросовский обра-зоват. журнал. 1997. № 3. С. 32-37.

Ветчинникова Л. В. Береза: вопросы изменчивости. М.: Наука, 2004. 183 с.

Ветчинникова Л. В. Карельская береза и другие редкие представители рода Betula L. М.: Наука, 2005. 269 с.

Ветчинникова Л. В., Шуляковская Т. А., Канючко-ва Г. К. Жирнокислотный состав суммарных липидов различных органов Betula pendula Roth. и В. pubes-cens Ehrh., произрастающих в Карелии // Раст. ресурсы. 2000. Т. 36(2). С. 85-92.

Ермаков В. И. Механизмы адаптации березы к условиям Севера. Л.: Наука, 1986. 144 с.

КейтсМ. Техника липидологии. М.: Мир, 1975. 322 с.

Лось Д. А. Структура, регуляция экспрессии и функционирование десатураз жирных кислот // Успехи биол. химии.2001. Т. 41. С. 161-198.

Лось Д. А. Десатуразы жирных кислот. М.: Научный мир, 2014. 346 с.

Марковская Е. Ф., Шмакова Н. Ю. Растения и лишайники Западного Шпицбергена. Петрозаводск: ПетрГУ, 2017. 270 с.

Нестеров В. Н. Состав нейтральных липидов Hid-rilla verticillata (L. FIL.) в условиях аккумуляции и элиминации ионов тяжелых металлов // Прикл. проблемы экологии. 2007. С.1045-1054.

Попов В. Н., Антипина О. В., Пчелкин В. П., Цы-денданбаев В. Д. Изменение жирнокислотного состава липидов хлоропластных мембран растений табака при низкотемпературном закаливании // Физиология растений. 2017. Т. 62, № 2. С. 109-115.

Родионов В. С., Ильинова М. К., Шуляковская Т. А. Годичные ритмы концентрации и жирнокислотного состава липидов почек березы // Лесоведение. 1987. № 4. C. 57-64.

Романова И. М., Живетьев М. А., Дударева Л. В., Граскова И. А. Динамика жирнокислотного состава и активности ацил-липидных десатураз в хвое Pinus sylvestris L., произрастающей в Иркутской области // Химия растит. сырья. 2016. № 2. С. 61-66.

Смирнов Л. П., Богдан В. В. Липиды в физиоло-го-биохимических адаптациях эктотермных организ-

мов к абиотическим и биотическим факторам среды. М.: Наука, 2007. 182 с.

Столяров Б. В., Савинов И. М., ВитенбергА. Г. Руководство к практическим работам по газовой хроматографии. Л.: Химия, 1978. 294 с.

Чернобровкина Н. П., Ильинова М. К. Состав жирных кислот глико- и фосфолипидов почек и листьев березы повислой // Липидный обмен древесных растений в условиях Севера. Петрозаводск: Карел. фил. АН СССР, 1983. С. 112-118.

Шуляковская Т. А., Ветчинникова Л. В., Канючко-ва Г. К., Ильинова М. К. Содержание липидов и жирно-кислотный состав их фракций в различные фазы развития почек и листьев Betula péndula Roth и В. pubes-cens Ehrh. // Раст. ресурсы. 2004. Т. 40(1). С. 69-75.

Dormann P. Lipid synthesis, metabolism and transport. (Chapter 17) // Advances in photosynthesis and respiration. The structure and function of plastids / Ed. by R. R. Wise, J. K. Hoober. Dordrecht: Springer-Verlag, 2006. Р. 335-353.

Folch J., Lees M., Stanley G. H. A simple method for the isolation and purification of total lipids from animal tissues // J. Biol. Chem. 1957. Vol. 226, no. 1. P. 497-509.

Hills M. J., Roscoe T. J. Synthesis of Structural and Storage Lipids by the ER // Plant Cell Monographs. The Plant Endoplasmic Reticulum / Ed. by D. G. Robinson. 2006. Vol. 4. Р. 155-186.

Hugly S., Somerville C. A role for membrane lipid polyunsaturation in chloroplast biogenesis at low temperature // Plant Physiol. 1992. Vol. 99. P. 197-202.

Jamieson G. R. GLC identification techniques for long-chain unsaturated fatty acids // J. Chromat. Sci. 1975. Vol. 13. P. 491-497.

LaskayG., LehoczkiE. Correlation between linolenic acid deficiency in chloroplast membrane lipids and decreasing photosynthetic activity in barley // Biochim. Biophys. Acta. 1986. Vol. 849, no. 1. P. 77-84.

Lyons J. M., Wheaton T. A., Pratt H. K. Relationship between the physical nature of mitochondrial membranes and chilling sensitivity in plant // Plant Physiology. 1964. Vol. 39, no. 2. P. 262-268.

Marsh J. B., Weinstein D. B. Simple charring method for determination of lipids // J. Lipids Res. 1966. Vol. 7, no. 4. P. 574-576.

Macartney A. I., Maresca B., Cossins A. R. Temperature adaptation of biological membranes / Ed. A. R. Cos-sins. London: Portland Press, 1994. P. 129-139.

Miquel M., Browse J. Arabidopsis Mutants Deficient in Polyunsaturated Fatty Acid Synthesis. Biochemical and Genetic Characterization of a Plant Oleoyl-Phospha-tidylcholine Desaturase // J. Biol. Chem. 1992. Vol. 267. P. 1502-1509.

Murphy D. J. The molecular organisation of the pho-tosynthetic membranes of higher plants // Biochim. Bio-phys. Acta. 1986. Vol. 864. P. 33-94.

Piispanen R., Saranpaa P. Seasonal and within-stem variations of neutral lipids in silver birch (Betula pendula) wood Tree Physiology. 2004. No. 24. Р. 991-999.

Somerville C., Browse J. Plant Lipids: Metabolism, Mutants and Membranes // Science. 1991. Vol. 252. P. 80-87.

Поступила в редакцию 21.02.2018

(24)

References

Alaudinova E. V. Ekologicheskie osobennosti nizko-temperaturnoi adaptatsii lesoobrazuyushchikh khvoi-nykh vidov Sibiri: strukturno-khimicheskie izmeneniya meristem pochek [Ecological patterns of low-temperature adaption in stand-forming coniferous species of Siberia: structural chemical changes of bud meristem]: Dsc (Dr. of Biol.) thesis. Krasnoyarsk, 2011. 462 p.

Alaudinova E. V., MironovP. V. Sosna obyknoven-naya: osobennosti metabolizma membrannykh lipidov zhivykh tkanei pochek [Scots pine: features of metabolism of membrane lipids of living bud tissues]. IVUZ. Lesnoi zhurn. [Bull. Higher Ed. Inst. Forestry J.]. 2011. No. 4. P. 17-23.

Berezovye lesa Belarusi: tipy, assotsiatsii, sezonnoe razvitie i produktivnost' [Birch forests of Belarus: types, associations, seasonal development and productivity]. Minsk: Navuka i tekhnika, 1992. 183 p.

Chernobrovkina N. P., Il'inova M. K. Sostav zhirnykh kislot gliko- i fosfolipidov pochek i list'ev berezy povisloi [The composition of fatty acids of glyco-and phospholipids in silver birch buds and leaves]. Lipidnyi obmen drevesnykh rastenii v usloviyakh Severa [Lipid metabolism in trees under boreal conditions]. Petrozavodsk: Karel. fil. AN SSSR, 1983. P. 112-118.

Ermakov V. I. Mekhanizmy adaptatsii berezy k uslovi-yam Severa [Mechanisms of birch adaptation to boreal conditions]. Leningrad: Nauka, 1986. 144 p.

KeitsM. Tekhnika lipidologii [Lipidology techniques]. Moscow: Mir, 1975. 322 p.

Los' D. A. Struktura, regulyatsiya ekspressii i funk-tsionirovanie desaturaz zhirnykh kislot [Structure, regulation of expression and function of fatty acids desaturases]. Uspekhibiol. khimii [Biol. Chem. Reviews]. 2001. Vol. 41. P. 161-198.

Los' D. A. Desaturazy zhirnykh kislot [Fatty acid desaturases]. Moscow: Nauchnyi mir, 2014. 346 p.

Markovskaya E. F., Shmakova N. Yu. Rasteniya i lishai-niki Zapadnogo Shpitsbergena [Plants and lichens of Western Spitsbergen]. Petrozavodsk: PetrGU, 2017. 270 p.

Nesterov V. N. Sostav neitral'nykh lipidov Hidrilla ver-ticillata (L. FIL.) v usloviyakh akkumulyatsii i eliminatsii ionov tyazhelykh metallov [The composition of neutral lipids in Hidrilla verticillata (L. FIL.) under the accumulation and elimination of heavy metal ions]. Prikl. probl. ekol. [Appl. Iss. Ecol.]. 2007. P. 1045-1054.

Popov V. N., Antipina O. V., Pchelkin V. P., Tsyden-danbaev V. D. Izmenenie zhirnokislotnogo sostava lipi-dov khloroplastnykh membran rastenii tabaka pri nizko-temperaturnom zakalivanii [Change in fatty acid composition of lipids of chloroplast membranes of tobacco plants during low-temperature hardening]. Fiziol. rastenii [Plant Physiol.]. 2017. Vol. 62, no. 2. P. 109-115.

Rodionov V. S., Il'inova M. K., Shulyakovskaya T. A. Godichnye ritmy kontsentratsii i zhirnokislotnogo sostava lipidov pochek berezy [Annual rhythms of concentration and fatty acid composition of lipids in birch buds]. Lesovedenie [Russ. J. Forest Sci.]. 1987. No. 4. P. 57-64.

Romanova I. M., Zhivet'evM. A., Dudareva L. V., Graskova I. A. Dinamika zhirnokislotnogo sostava i ak-tivnosti atsil-lipidnykh desaturaz v khvoe Pinus sylves-

tris L., proizrastayushchei v Irkutskoi oblasti [Variation of the fatty acid composition and activity of acyl-lipid desaturases in the needles of Pinus sylvestris L. in Irkutsk Region]. Khimiya rastit. syr'ya [Chem. Plant Raw Material]. 2016. Vol. 2. P. 61-66.

Shulyakovskaya T. A., Vetchinnikova L. V., Kanyuch-kova G. K., Il'inova M. K. Soderzhanie lipidov i zhirnokis-lotnyi sostav ikh fraktsii v razlichnye fazy razvitiya pochek i list'ev Betula péndula Roth i B. pubescens Ehrh. [The content of lipids and fatty acid composition of their fractions at different phases of bud and leaf development in Betula pendula Roth and B. pubescens Ehrh.]. Rast. resursy [Plant Res.]. 2004. Vol. 40(1). P. 69-75.

SmirnovL. P., Bogdan V. V. Lipidy v fiziologo-bio-khimicheskikh adaptatsiyakh ektotermnykh organizmov k abioticheskim i bioticheskim faktoram sredy [Lipids in the physiological-biochemical adaptations of ecto-thermic organisms to abiotic and biotic environmental factors]. Moscow: Nauka, 2007. 182 p.

StolyarovB. V., SavinovI. M., VitenbergA. G. Ru-kovodstvo k prakticheskim rabotam po gazovoi khro-matografii [Gas chromatography manual]. Leningrad: Khimiya, 1978. 294 p.

Vas'kovskii V. E. Lipidy [Lipids]. Sorosovskii obrazo-vat. zhurn. [Soros Ed. J.]. 1997. No. 3. P. 32-37.

Vetchinnikova L. V. Bereza: voprosy izmenchivosti [Birch: issues of variability]. Moscow: Nauka, 2004. 183 p.

Vetchinnikova L. V. Karel'skaya bereza i drugie red-kie predstaviteli roda Betula L. [Karelian birch and other rare representatives of the genus Betula L.]. Moscow: Nauka, 2005. 269 p.

Vetchinnikova L. V., Shulyakovskaya T. A., Kanyuc-hkova G. K. Zhirnokislotnyi sostav summarnykh lipidov razlichnykh organov Betula pendula Roth. i B. pubescens Ehrh., proizrastayushchikh v Karelii [Fatty acid composition of total lipids of various organs Betula pendula Roth. and B. pubescens Ehrh., growing in Karelia]. Rast. resursy [Plant Res.]. 2000. Vol. 36(2). P. 85-92.

Dormann P. Lipid synthesis, metabolism and transport. (Chapter 17). Advances in photosynthesis and respiration. The structure and function of plastids. Dordrecht: Springer-Verlag, 2006. P. 335-353.

Folch J., Lees M., Stanley G. H. A simple method for the isolation and purification of total lipids from animal tissues. J. Biol. Chem. 1957. Vol. 226, no. 1. P. 497-509.

Hills M. J., Roscoe T. J. Synthesis of Structural and Storage Lipids by the ER. Plant Cell Monographs. The Plant Endoplasmic Reticulum. 2006. Vol. 4. P. 155-186.

Hugly S., Somerville C. A role for membrane lipid polyunsaturation in chloroplast biogenesis at low temperature. Plant Physiol. 1992. Vol. 99. P. 197-202.

Jamieson G. R. GLC identification techniques for long-chain unsaturated fatty acids. J. Chromat. Sci. 1975. Vol. 13. P. 491-497.

LaskayG., LehoczkiE. Correlation between linolenic acid deficiency in chloroplast membrane lipids and decreasing photosynthetic activity in barley. Biochim. Bio-phys. Acta. 1986. Vol. 849, no. 1. P. 77-84.

Lyons J. M., Wheaton T. A., Pratt H. K. Relationship between the physical nature of mitochondrial membranes and chilling sensitivity in plant. Plant Physiology. 1964. Vol. 39, no. 2. P. 262-268.

Marsh J. B., Weinstein D. B. Simple charring method for determination of lipids. J. Lipids Res. 1966. Vol. 7, no. 4. P. 574-576.

Macartney A. I., Maresca B., Cossins A. R. Temperature adaptation of biological membranes. London: Portland Press, 1994. P. 129-139.

MiquelM., Browse J. Arabidopsis Mutants Deficient in Polyunsaturated Fatty Acid Synthesis. Biochemical and Genetic Characterization of a Plant Oleoyl-Phospha-tidylcholine Desaturase. J. Biol. Chem. 1992. Vol. 267. P. 1502-1509.

Murphy D. J. The molecular organisation of the pho-tosynthetic membranes of higher plants. Biochim. Bio-phys. Acta. 1986. Vol. 864. P. 33-94.

Piispanen R., Saranpaa P. Seasonal and within-stem variations of neutral lipids in silver birch (Betula pendula) wood Tree Physiology. 2004. No. 24. P. 991-999.

Somerville C., Browse J. Plant Lipids: Metabolism, Mutants and Membranes. Science. 1991. Vol. 252. P. 80-87.

Received February 21, 2018

СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ:

Чернобровкина Надежда Петровна

ведущий научный сотрудник, д. б. н. Институт леса КарНЦ РАН, Федеральный исследовательский центр «Карельский научный центр РАН»

ул. Пушкинская 11, Петрозаводск, Республика Карелия, Россия, 185910

эл. почта: chernobrovkina50@bk.ru

Морозова Ирина Валерьевна

младший научный сотрудник

Институт водных проблем Севера КарНЦ РАН,

Федеральный исследовательский центр

«Карельский научный центр РАН»

пр. А. Невского, 50, Петрозаводск,

Республика Карелия, Россия, 185030

эл. почта: ivm1502@yandex.ru

Ильинова Мария Казимировна

научный сотрудник, к. б. н. Институт леса КарНЦ РАН, Федеральный исследовательский центр «Карельский научный центр РАН»

ул. Пушкинская 11, Петрозаводск, Республика Карелия,

Россия, 185910

эл. почта: iljinova46@gmail.ru

CONTRIBUTORS:

Chernobrovkina, Nadezhda

Forest Research Institute, Karelian Research Centre, Russian Academy of Sciences 11 Pushkinskaya St., 185910 Petrozavodsk, Karelia, Russia

e-mail: chernobrovkina50@bk.ru

Morozova, Irina

Northern Water Problems Institute, Karelian Research Centre,

Russian Academy of Sciences

50 Al. Nevsky St., 185030 Petrozavodsk,

Karelia, Russia

e-mail: ivm1502@yandex.ru

Ilyinova, Maria

Forest Research Institute, Karelian Research Centre,

Russian Academy of Sciences

11 Pushkinskaya St., 185910 Petrozavodsk,

Karelia, Russia

e-mail: iljinova46@gmail.ru