Научная статья на тему 'Исследование действия рифтала на фракционный состав белков семян и оптические свойства ХБК растений'

Исследование действия рифтала на фракционный состав белков семян и оптические свойства ХБК растений Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

CC BY
121
42
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Аннотация научной статьи по промышленным биотехнологиям, автор научной работы — Ямалеева А. А., Талипов Р. Ф., Ибрагимов Р. И., Сакаева А. Г.

Изучали влияние рифтала на физиологические и биохимические показатели растений пшеницы и ячменя. Показано, что в семенах возрастает количество растворимых белков, увеличивается содержание проламинов и снижается уровень глютелинов. Изменения в составе электрофореграм проламинов не носят качественный характер.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по промышленным биотехнологиям , автор научной работы — Ямалеева А. А., Талипов Р. Ф., Ибрагимов Р. И., Сакаева А. Г.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

ACTION OF RIFTAL ON FRACTIONAL COMPOSITION OF PROTEIN OF SEEDS AND OPTICAL PROPERTIES CPC OF PLANTS

Studied influence of riftal on physiological and biochemical characteristics of plants of wheat and hordeum. Is shown, that in seeds the quantity of soluble protein grows, the contents of prolamines is enlarged and the level of glutelins is reduced. The changes in composition electroforegramms of prolamines do not wear quality character.

Текст научной работы на тему «Исследование действия рифтала на фракционный состав белков семян и оптические свойства ХБК растений»

12. Lau O.L., Yang S.F. Inhibition of ethylene production by cobaltous ion//Plant Physiology. 1976. 58. p. 114-117

13. Satoh S., Esashi Y. 6- aminoisobutyric acid, proppyl gallate and cobalt ion and the mode of inhibition of ethylene production by cotyledonary segments of cocklebur seeds//Physiol. Plant. 1982. 54. p.147-152

14. Hansen H., Grossman K. Auxin induced ethylene triggers abscisic acid biosynthesis and growth inhibition//Plant physiol. 2000, Vol.124, pp.1437-1448

15. Walker C.J., Willows R.D. Mechanism and regulation of Mg-chelatase// Biochemical journal 1997. 327, p. 321333.

16.Шалыго H.B., Колесникова H.B.; Воронецкая В.В.; Аверина Н.Г. Влияние катионов Mn2+, Fe2+, Co2+h Ni2+ на накопление хлорофилла и начальные этапы его образования в зеленеющих проростках ячменя //Физиология растений, 1999; Т.46, N 4, - С. 574-579

17.Kobayashi M., Shimizu S. Cobalt proteins//Europeanjournals of biochemistry. 1999. Vol. 261. p.1-9

18.Bandarian V, Ludviwig ML, Mattheews RG. Factors modulating conformational equilibria in large modular proteins: a case study with cobalamin-dependent metthionine synthase//Proc. Natl Acad Sci USA. 2003, 100(14), p.8156-8163.

19. Tyler G., Zohlen A. Plant Seeds as Mineral Nutrient Resource for Seedlings PA Comparison of Plants from Calcareous and Silicate Soils// Annals of Botany 1998. 81: p.455-459

20. Chaudhary M.T., Merrett M.J., Wainwright S.J., Ion accumulation in lucerne plants regenerated from salt-adapted suspension cultures compared with recultured cells from these plants // Plant Cell Reports, 1997, V. 17, № 2, p. 145-149.

21. Титов С.Е., Кочетов А.В., Коваль B.C., Шумный В.К. Трансгенез как способ повышения устойчивости растений к абиотическим стрессам // Успехи современной биологии, 2003, том 123, № 5, с 487-494.

22. Баширова P.M., Касьянова А.Ю., Кудашкина Н.В. Влияние сульфата кобальта на содержание кумаринов и фталидов в корнях Angelica archangelica L. // Итоги биол. исследований Вып. 8. - Уфа: Сб.научных трудов.-Уфа: РИО БашГУ, 2004. -

23.Zobel A.M., March R.E. Autofluorescence reveals different histological localizations of furanocoumarins in fruits of some Umbelliferae and Leguminosae// Annals of botany № 71, 1993, p. 251-255.

24. Hortchandani S., Ozdemir U., Nasr C.et al. Redox characteristics of Schiff base manganese and cobalt complexes related to water-oxidizing complex of photosynthesis // Bioelectrochemistry and bioenergetics,1999, V. 1, № 48, p. 53-59.

25. Siatka T., Kaspranova M. YLIV auxinu produkci kumarinu v suspenzni culture Angelica archangelica L./Meska a slovenska farmacie. Roиnik LII-Chislo 4, 2003, p.186-188

26. Cornan J.E. et al. Measurement of ferrochelatase activity using a novel assay suggests that plastids are the major site of haem biosynhesis in both photosynthetic and non- photosynthetic cells of pea (Pisum sativum L.)//Biochem.J. 2002. 362, p.423-432

27. Santiago L.J., Ricardo P.L., De Poliveira D. Compartmentation of phenolic compounds and phenylalanine ammonia-lyase in leaves of Phyllanthus tenellus Roxb. and their induction by copper sulphate//Annals of Botany. 2000.86, p.1023-1032

Поступила в редакцию 19.04.04 г.

ББК 28.072 УДК 577

ИССЛЕДОВАНИЕ ДЕЙСТВИЯ РИФТАЛА НА ФРАКЦИОННЫЙ СОСТАВ БЕЛКОВ СЕМЯН И ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ХБК РАСТЕНИЙ

Ямалеева А.А, Талипов Р.Ф, Ибрагимов Р.И, Сакаева А.Г.*

Изучали влияние рифтала на физиологические и биохимические показатели растений пшеницы и ячменя. Показано, что в семенах возрастает количество растворимых белков, увеличивается содержание проламинов и снижается уровень глютелинов. Изменения в составе электрофореграм проламинов не носят качественный характер.

Существует много путей увеличения количества белка и улучшения качества зерновой продукции. Применение для этих целей регуляторов роста открывает новые возможности, которые способствуют также и повышению урожайности культурных растений. Более полное понимание того, на какие процессы действуют регуляторы роста, должно способствовать разработке эффективной технологии их создания и применения. В связи с этим, актуальным

являются исследования по изучению биологической эффективности и целесообразности практического использования регуляторов роста и развития как более дешевых и экологически безопасных, созданных в Республике Башкортостан. Таким препаратом, обладающим фунгитоксическим и ростактивирую-щим свойством является регулятор роста и развития ауксинового типа 3 - гидроокситетрагидрофуран (рифтал) [1]. Было проведено изучение биологиче-

&Ямалеева Анна Александр овна - докт ор биологических наук, пр офесс ор кафедры биохимии и биотехнологии биофака БашГУ Талипов Рифкат Фаат ович — д.х.н., пр офесс ор, зав. кафедр ой био органической химии БашГУ.

Ибрагимов Ринат Исмагилович - докт ор биологических наук, пр офесс ор каф. биохимии и биотехнологии биофака БашГУ Сакаева Альфия Гайсиновна - с.н.с. лаб. Защиты растений БНСХ

ской эффективности препарата рифтал, влияния его на белковый состав семян, гемагглютинирующую активность лектинов и фотосинтетический аппарат листьев зерновых культур.

Фракционное выделение водо-

солерастворимых, спирто- и щелочерастворимых белков проводили по методике Осборна в модификации [2] путем последовательного извлечения их соответствующими растворами нейтральной соли, спиртом и щелочью. Гордеины экстрагируются посредством раствора, содержащего 20 % 2-

хлорэтанола, 18 % мочевины, 1 % монотиоглицеро-ла и 0,05 % пиронина Г. Лектины выделяли ацетатным буфером pH 3,8 [3] с последующей очисткой на колонке с овогелем методом аффинной хроматографии.

Для выделения мембраносвязанных лектинов в экстрагирующий ацетатный буфер добавляли тритон Х-100 до конечной концентрации 0,1%. Добавление тритона Х-100 [4] улучшает растворимость белков и, в отличие от мочевины, не влечет за собой их денатурации, также сохраняет вторичную и третичную структуры белков и, следовательно, их биологическую активность. Гемагглютинирующая активность лектинов (РГА) выявляли с использованием 2% суспензии эритроцитов кроличьей крови в планшетах Такачи.

Электрофоретическое фракционирование спирторастворимых белков семян проводили в 7,5%-ном кислом полиакриламидном геле при pH 3,1.

Определение оптических свойств хлорофилл-белковых комплексов (ХБК) проводили по методике^] на лазерном спектрофотометре Лафот, регистрируя следующие показатели: лучи света, отраженные диффузно (Rd,%); лучи, отраженные зеркально (Rm, %); прошедшие через листовую пластину (Tr, %) и поглощенные ХБК (Ab, %).

Для изучения качественного состава и содержания белковых фракций из семян пшеницы и ячменя, обработанных рифталом, были выделены последовательной экстракцией водо-солерастворимые, спирто- и щелочерастворимые белковые фракции и определено их содержание. Известно, что соотношение этих фракций зависит от многих факторов, влияющих на продуктивность культуры. Как видно из рисунка, в опытных образцах происходит изменение содержания всех фракций белков в зерне.

Полученные данные свидетельствуют, что регулятор роста оказывает заметное, но не одинаковое влияние на соотношение белковых фракций в зерне. А именно, увеличивается содержание водо- солерастворимых и спирторастворимых белков и снижается количество глютелинов как в семенах Tr. аestivum, так и в семенах Hordeum sativum. Следует отметить, что содержание глиадинов и гордеинов под действием рифтала, по сравнению с альбуминами и глобулинами, увеличивается не столь значительно. Усиление синтеза растворимых белков и проламинов при действии экзогенных регуляторов роста могло ингибировать образование глютелинового комплекса, в состав которого, кроме собственных субъединиц, входят также компоненты глиадинов и водорастворимых белков. Как известно, проламины со-

ставляют преобладающую часть белков зерна злаковых культур. Отмеченные выше особенности накопления глиадинов и гордеинов в семенах, обработанных рифталом растений, представляют интерес с точки зрения формирования качества зерна пшеницы и ячменя, так как от глиадинового комплекса наряду с глютелином в значительной степени зависят и свойства клейковины.

По данным электрофоретического фракционирования глиадинов и гордеинов была получена следующая информация. Как показал анализ электро-фореграмм, спектры глиадинов пшеницы контрольных и опытных образцов включают все основные компоненты, характерные для а, Р , у и ю зон, выделенных в эталонных спектрах глиадинов (табл. 1).

В быстрой а - зоне пшеницы обнаружено а 5, а 6 и а 7 компоненты. В Р - зоне средней подвижности у глиадинов обнаруживаются Р 2, Р 3 и в у - зоне - у 1, у 2, у 3, у 4, у 5 компоненты, которые в обоих спектрах имеют одинаковую интенсивность. Зона медленной подвижности включает Ю 1, Ю 2, ю 8, ю 9 компоненты, из которых ю 8, ю 9 более интенсивны в спектре глиадинов контрольных образцов, а ю 1, ю 2 преобладают в спектре глиадинов, полученных из семян, обработанных рифталом растений.

Интересно отметить, что компоненты быстрой а - зоны и особенно а 6, а 7 интенсивно проявляются в спектре глиадинов семян, полученных из обработанных рифталом растений пшеницы. Спектры запасных белков ячменя - гордеины имеют более интенсивную быструю а - зону, в которой выявляются а 4, 6, 7 компоненты. Заслуживает внимания то, что компоненты б 6 и 7, как и в случае с глиадинами пшеницы, очень слабо проявляются в спектре контрольных образцов, тогда как в опытных образцах они весьма интенсивны.

Спектры гордеинов из семян опытных и контрольных образцов в зоне Р и у имеют идентичный характер. В медленной ю зоне присутствуют ю 2, ю 8, ю 10 компоненты, из которых ю 2 и 8 не только преобладают в спектре проламинов из семян обработанных рифталом растений.

Отсюда следует, что интенсивное образование глиадинов и гордеинов в формирующемся зерне, обработанных рифталом растений, превосходящее содержание глютелинов, обусловлено синтезом преимущественно быстродвижующейся низкомолекулярной а -фракции данного белка. Возможно, что компоненты а -фракции, характеризующиеся небольшой молекулярной массой принадлежат лекти-нам, т.е. к белкам с углеводсвязывающей активностью. В последнее время появилось доказательство того, что достаточно много фитогемагглютининов ведут себя точно так, как типичные запасные белки [6,7]. В связи с этим большой интерес представляет изучение влияния регуляторов роста на накопление и активность лектинов при формировании зерна. Нами были изучены содержание и гемагглютини-

рующая активность лектинов семян, полученных из обработанных рифталом растений пшеницы и ячменя. Как видно из табл. 2, уровень содержания лектинов в опытных образцах пшеницы и ячменя существенно выше, чем в контроле.

Под влиянием рифтала значительно повышается также гемагглютинирующая активность лектинов семян: титр лектинов семян пшеницы опытных образцов составил 1:15, в контроле - 1:8. Возможно, что увеличение содержания и активности лектинов напрямую связаны с увеличением количества запасных белков в семенах под действием рифтала. Лек-тины обеспечивают агрегацию и упаковку запасных белков семян в процессе их превращения в белковые тельца.

Определение оптических свойств листьев у растений после обработки рифталом позволило выявить положительную реакцию растений на действие этого препарата. В таблице 3 приведены основные оптические характеристики листьев пшеницы и ячменя при обработке растений рифталом.

Как видно из данных таблицы 3, под влиянием рифтала происходит уменьшение зеркального и диффузного отражений, снижается количество лучей, прошедших сквозь листовую пластинку, увеличивается абсорбция света хлорофилл-белковыми комплексами, что указывает на увеличение активности и эффективности использования энергии света ХБК при обработке растений данным регулятором роста и развития.

Выводы

1. В фазе формирования зерна у пшеницы и ячменя наиболее интенсивное накопление запасных белков происходит у растений, обработанных рифталом. В семенах резко возрастает количество растворимых белков, увеличивается содержание глиа-динов и гордеинов и снижается содержание глюте-линов.

2. Усиление синтеза проламинов и растворимых белков, при действии регулятора роста и развития рифтала ингибирует образование глютелинового комплекса и возможно, что это явление вторичное.

3. Изменение в компонентном составе элек-трофореграмм глиадина под влиянием экзогенного регулятора роста не связано с появлением новых белков, а может быть следствием молекулярных модификаций, приводящих к изменению подвижности и интенсивности электрофоретических компонентов.

4. Интенсивное накопление глиадина в семенах опытных образцов обусловлено синтезом а -фракции данного белка. Возможно, что именно компоненты а - фракции, характеризующиеся наименьшей молекулярной массой, высокой электрофоретической подвижностью принадлежат к белкам с углеводосвязывающей активностью - лектинам.

5. Установлено, что под влиянием рифтала содержание и геммагглютинирующая активность лектинов в семенах повышаются. Это связано с участием лектинов в агрегации и комплексообразова-нии запасных белков.

Tr.aestivum, Tr.aestivum, опыт Но rdeum sativum, Но rdeum sativum,

контроль контроль опыт

□ Водо-солерастворимые белки

1Проламины

□ Глютелины

Рис. №1 Влияние рифтала на содержание водо-солерастворимых белков, проламинов и глю-телинов семян Triticum aestivum L. и Hordeum sativum L.

Таблица 1

Идентификация электрофоретических фракций проламинов семян пшеницы и ячменя, полученных после обработки рифталом

Варианты а - зона Р - зона у - зона W - зона

Пшеница контроль 5 6(7) 2 3 1 2 3 4 5 12 8 9

опыт 567 2 3 1 2 3 4 5 12 8 9

Ячмень

Контроль 4 6(7) 12 3 3 4 5 2 8 10

опыт 467 12 3 3 4 5 2 8 10

Примечание: интенсивные компоненты подчеркиваются, слабые берутся в скобки.

Таблица 2.

Содержание и гемагглютинирующая активность лектинов семян, полученных из обработанных рифталом

растений

Варианты опытов Содержание лектинов в мг/100г белка В % к контролю РГ А лектинов

Пшеница контроль 25,0 ± 2,3 100 1 : 8

Пшеница опыт 37,8 ± 3,4 127 1 : 15

Ячмень Контроль 28,3 ± 1,7 100 1 : 6

Ячмень опыт 32,2 ± 2,8 113 1 : 9

значимо на 5 % уровне.

Таблица 3

Изменение оптических свойств ХБК зерновых культур под действием рифтала

Варианты Опыта Rd, % Rm, % Тг, % АЬ, %

Пшеница Контроль 11,5 ± 1,6 0,95 ± 0,4 10,87 ± 1,7 76,8 ± 2,3

Пшеница Опыт 10,4 ± 1,1 1,7 ± 0,6 9,31 ± 0,8 78,6 ± 2,8

Ячмень Контроль 11,6 ± 1,5 0,97 ± 0,4 10,7 ± 1,7 77,7 ± 2,3

Ячмень Опыт 10,8 ± 1,3 0,95 ± 0,2 11,1 ± 1,7 79,0 ± 2,1

значимо на 5% уровне

ЛИТЕРАТУРА

1. Талипов Р.Ф., Гайсин А.М., Сафаров М.Г., Сафиуллин З.Н и др. Патент РФ № 2127053 Стимулятор роста растений.

2. Конарев В.Г., Гаврилюк И.П., Губарева Н.К. О природе глютенина пшеницы по данным иммунохимическо-го анализа // Доклады ВАСХНИЛ.-1970.- 7.- С.16-18.

3. Ямалеева А.А. Лектины растений и их биологическая роль. Уфа, изд-во БГУ.-2001.- 201 п.

4. Остерман Л.Л. Методы исследования белков и нуклеиновых кислот. Электрофорез и ультрацентрифугирование.-М.: Наука, 1981.-С7-120.

5. Лискер И. С. Устройство для измерения коэффициентов отражения и пропускания объектов // Патент РФ № 1673928.- 1990.

6. Romero J., Sun S.M, Mc Leester R.C, Bliss F.a. Heritable Variation in polypeptide subinit of the major storage proteines of the bean? Phaseolus vulgaris L/ // Plant. Physiol.-1975.-v.56.-p.775-778.

7. Лахтин В.М. Лектины в исследовании белков и углеводов II Итоги науки и техники. М.: ВНИИТИХ. 1987. -289с.

Поступила в редакцию 27.04.04 г.

100 раздел БИОЛОГИЯ

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.