CC BY
128
УДК 577.114; 581.142
ВЛИЯНИЕ РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИСАХАРИДОВ НА СКОРОСТЬ ПРОРАСТАНИЯ СЕМЯН LYCOPERSICON ESCULENTUM M. И CUCUMIS SATIVUS L.
© Е.А. Елькина, А.А. Шубаков, Ю.С. Оводов
Институт физиологии Коми научного центра Уральского отделения РАН, ул. Первомайская, 50, ГСП, Сыктывкар, Республика Коми, 167610 (Россия) e-mail: [email protected]
Исследовано влияние 28 растительных полисахаридов на скорость прорастания семян Lycopersicon esculentum и Cucumis sativus. Показано, что водные растворы силенана SV, пицеана PO3 и лемнана LM в концентрации 0.002% оказывают стимулирующее влияние на скорость прорастания семян.
Семяна C. sativus более чувствительны к действию полисахаридов, чем семена L. esculentum. Самыми эффективными для обоих видов семян являются полисахариды лемнан LM из ряски малой Lemna minor и пицеан PO3 из хвои ели сибирской.
Введение
Растительные полисахариды обладают широким спектром биологического действия [1, 2]. В настоящее время активно исследуется физиологическая активность растительных полисахаридов по отношению к животным клеткам. В частности, экспериментально доказывается иммуномодулирующая активность этих биополимеров в зависимости от структуры [1].
Известно [3-6], что многие регуляторы роста растений повышают всхожесть семян, способствуют формированию здоровых, крепких всходов и сокращают время их появления, что в конечном счете ведет к повышению урожайности сельскохозяйственных культур. Активными регуляторами роста и развития растений являются фитогормоны (гибберелины, абсцизовая кислота и др.). Рост-регулирующей активностью обладают некоторые тритерпеновые гликозиды [7]. Практически мало известно о действии растительных полисахаридов на прорастание семян, в частности, овощных культур.
Цель работы заключалась в изучении влияния растительных полисахаридов на скорость прорастания семян томатов Lycopersicon esculentum и огурцов Cucumis sativus.
Экспериментальная часть
Растительный материал
Объектами исследования служили семена томатов Lycopersicon esculentum сорта «Белый налив 241» и огурцов Cucumis sativus сорта «Зозуля F-1». Семена обрабатывали водными растворами полисахаридов, выделенных из следующих растений Республики Коми: ряски малой Lemna minor L., рдеста плавающего Potamogeton natans L., соцветий пижмы обыкновенной Tanacetum vulgare L., стебля и листьев донника лекарственного Melilotus officinalis L., стебля и корня смолевки обыкновенной Silene vulgaris (Moench)
Автор, с которым следует вести переписку.
Garke [Oberna behen (L.) Ikonn], шрота ягод калины обыкновенной Viburnum opulus L. и хвои кедра сибирского Pinus sibirica L, лиственницы Larix sibirica L., ели Picea obovata Ldb.
Общие экспериментальные условия
Семена предварительно обрабатывали по следующей схеме. Для проверки на полновесность семена огурцов погружали в 3%-ный раствор NaCl, всплывшие семена отбраковывали, осевшие полновесные семена промывали дистиллированной водой и использовали для экспериментов. Далее семена огурцов и томатов термостатировали в сосуде с дистиллированной водой в течение 3 ч при 60°C. Семена дезинфицировали в течение 20 мин 1%-ным раствором KMnO4, после чего промывали дистиллированной водой. Для подкормки семена огурцов и томатов выдерживали в течение 24 ч в растворе микроэлементов следующего состава (г/л): CuSO4 ' 5H2O - 0,05; MnSO4 ' 5H2O - 0,5; ZnSO4 ' 7H2O - 0,5; H3BO3 - 0,2; (NH4)6 Mo7O24 ' 4H2O - 0,5; янтарная кислота (для огурцов) - 0,015 [8].
Предварительно подготовленные таким образом семена помещали в чашки Петри между двумя слоями фильтровальной бумаги. Для обработки семян использовали 0,002%-ные водные растворы растительных полисахаридов. Семена обрабатывали путем увлажнения фильтровальной бумаги растворами испытуемых полисахаридов. Контролем служили семена, которые обрабатывали только дистиллированной водой. Обработанные семена в чашках Петри инкубировали при комнатной температуре (23 °С) в течение 13 суток.
У проросших семян через определенные интервалы времени измеряли длину проростков (подсемядольное колено + семядольный лист). Всхожесть семян определяли в процентах. Результаты рассчитывали как среднее арифметическое из 5 опытов. Достоверность результатов оценивали с помощью t-критерия Стьюдента. Статистическую обработку проводили с помощью компьютерной программы Excel 97.
Обсуждение результатов
В серии экспериментов, проведенных в 1997-2001 гг. в период с апреля по август, было исследовано влияние 28 полисахаридов ряда растений Республики Коми, на скорость прорастания семян Lycopersicon esculentum сорта «Белый налив 241» и Cucumis sativus сорта «Зозуля F-1». В таблице 1 указаны растительные полисахариды, оказавшие наибольшее влияние на скорость прорастания семян L. esculentum и C. sativus.
Полисахариды высших растений, обладающие выраженной физиологической активностью, относятся к производным трех типов структур: рамногалактуронана (тип А), арабино-3,6-галактана (тип В), а-1,4-глюкана и нейтральных гликанов (тип С). Тип А составляют пектиновые полисахариды и родственные им по структуре камеди и слизи, тип В представлен в основном слизями, некоторыми камедями и гемицеллюлозами, к типу С относятся резервные полисахариды. Физиологически активные полисахариды растений принадлежат к большой группе так называемых модификаторов биологического ответа -biological response modifiers (BRMs) [1].
Силенан, пектиновый полисахарид из смолевки обыкновенной, содержит участки линейного a-1,4-D-галактуронана и разветвленные области. В состав кора разветвленных участков силенана, кроме остатков а-1,4^-галактопиранозилуроновой кислоты, входят остатки 2-замещенной a-рамнопиранозы. Силенан содержит блоки из остатков а-1,5-связанной арабинофуранозы и р-1,4-связанной галактопиранозы. Скорее всего, они представляют собой боковые цепи рамногалактуронана. На невосстанавливающих концах этих боковых цепей находятся остатки a-арабинофуранозы. Таким образом, силенан представляет собой разветвленный рамногалактуронан с небольшим числом боковых арабиногалактановых цепей [11, 13].
Таблица 1. Источники полисахаридных фракций
Источник Полисахаридная фракция Название полисахарида Ссылка
Ряска малая Lemna minor LM лемнан [9]
Пижма обыкновенная TVF танацетан [10]
Tanacetum vulgare, соцветия
Смолевка обыкновенная Silene SV силенан [11]
vulgaris, стебель
Ель Picea obovata, хвоя PO3 пицеан [12]
Танацетан, пектин из соцветий пижмы, содержит линейную главную углеводную цепь галактуронана из а-1,4-связанных остатков Б-галактопиранозилуроновой кислоты и разветвленную область рамногалактуронана I, в котором к кору присоединены боковые цепи, содержащие замещенные в 3,5- и 5-положениях остатки а-арабинофуранозы и терминальные остатки а-арабинофуранозы и р-галакто-пиранозы [10, 14].
Полисахард из хвои ели сибирской является смесью нейтрального галактоманнана и кислого арабиногалактана [12].
Лемнан из ряски малой является пектином наиболее сложного строения и имеет в макромолекуле участки а-1,4-Б-галактуронана и апиогалактуронана. Апиогалактуронан представляет собой разветвленный полисахарид, имеющий главную углеводную цепь из а-1,4-связанных остатков Б-галактопиранозилуроновой кислоты с низкой степенью метоксилирования и боковые цепи, присоединенные во 2- и 3-положения остатков галактуроновой кислоты главной цепи и состоящие из единичных или 1,5-связанных остатков Б-апиофуранозы [9].
Таким образом, полисахариды смолевки обыкновенной, пижмы обыкновенной, ряски малой относятся к классу пектинов. Полисахариды из хвои ели сибирской являются смесью нейтрального галактоманнана и кислого арабиногалактана.
В таблицах 2 и 3 представлены результаты влияния четырех полисахаридов на скорость прорастания семян L. esculentum и C. sativus.
Полисахариды повышают всхожесть семян томатов на 15-25% (табл. 2). Семена L. esculentum без обработки полисахаридами прорастают только через 7 суток инкубации. Семена томатов прорастают быстрее после обработки их полисахаридами. Стимулирующее влияние на скорость прорастания семян L. esculentum оказывают полисахариды 8У, ЬМ и РОЗ. Это проявляется в том, что семена прорастают уже на третьи сутки после начала инкубации. К концу эксперимента (13 сут.) длина проростков томатов составляет соответственно 17,1, 28,9 и 31,0 мм, а длина проростков необработанных семян (контроль) достигает 16,5 мм. С увеличением продолжительности проращивания семян некоторое стимулирующее влияние оказывает танацетан ТУБ (через 9 суток). Сравнение длины проростков семян L. esculentum после обработки полисахаридами с длиной проростков необработанных семян показывает (рис. 1), что максимальный эффект силенана 8У, пицеана РО3 и лемнана ЬМ проявляется через 11 сут. проращивания. С дальнейшим пролонгированием инкубации стимулирующий эффект указанных трех полисахаридов несколько снижается, особенно это заметно в варианте с силенаном.
Таблица 2. Влияние растительных полисахаридов на прорастание семян Lycopersicon esculentum сорта
«Белый налив 241» (с 31.05.97 по 14.08.01, по 10 семян в каждом варианте)
Полисахаридная фракция Всхожесть, % Средняя длина проростка, мм
3 сут. 5 сут. 7 сут. 9 сут. 11 сут. 13 сут.
Контроль* 75 0,0 0,0 1,8±0,5 3,8±0,5 5,7±0,6 16,5±2,5
Лемнан LM 100 2,0±0,2 3,5±0,5 7,1±0,8 19,4 ±0,9 23,4±2,2 28,9±2,0
Танацетан TVF 90 0,0 0,0 0,0 4,5±0,3 6,2 ±0,5 15,1±0,9
Силенан SV 95 1,8±0,3 3,2 ±0,3 7,5±0,6 11,1±0,9 15,0±1,7 17,1±1,1
Пицеан PO3 100 1,5±0,1 2,9±0,2 7,2 ±0,6 14,4±0,9 21,4 ±2,0 31,0+2,2
* - Инкубация семян в дистиллированной воде без полисахаридов.
Таблица 3. Влияние растительных полисахаридов на прорастание семян Cucumis sativus сорта «Зозуля
F-1» (с 31.05.97 по 14.08.01, по 5 семян в каждом варианте)
Полисахаридная фракция Всхожесть, % Средняя длина проростка, мм
3 сут. 5 сут. 7 сут. 9 сут. 11 сут. 13 сут.
Контроль* 80 0,0 5,9±0,1 21,3±3,1 25,1±2,5 35,9±2,7 42,0±3,0
Лемнан LM 100 8,0±0,2 16,0±0,5 28,0±1,9 35,3±2,2 74,3±2,4 79,5±2,0
Танацетан TVF 95 0,0 4,8±0,3 15,1±1,6 27,0±2,4 37,4±2,7 41,3±2,0
Силенан SV 90 0,0 5,8±0,3 16,2±2,1 28,3±2,2 36,4±2,2 50,2±1,8
Пицеан PO3 100 7,8±0,2 15,2 ±0,5 30,8±1,6 40,8±2,6 68,1±2,8 78,3±2,5
* - Инкубация семян в дистиллированной воде без полисахаридов.
-А-ЬМ -Х-ТУР -*-ЯУ -И-РО3
Рис. 1. Длина проростков семян Lycopersicon esculentum после обработки полисахаридами по сравнению с длиной проростков необработанных семян (контроль). По горизонтали - продолжительность инкубации, сутки. По вертикали - длина проростков обработанных полисахаридами семян по сравнению с контролем, мм
—А—LM -X-TVF -#-SV -B-PO3
Рис. 2. Длина проростков семян Cucumis sativus после обработки полисахаридами по сравнению с длиной проростков необработанных семян (контроль). По горизонтали - продолжительность инкубации, сутки. По вертикали - длина проростков обработанных полисахаридами семян по сравнению с контролем, мм
Полисахариды повышают всхожесть семян C. sativus на 15-20% (табл. 3). Семена огурцов в контрольном варианте прорастают раньше, чем семена томатов, - через 5 суток инкубации. Обработка семян полисахаридами ускоряет ростовые процессы. Заметное стимулирующее влияние оказывают полисахариды PO3 и LM. Это проявляется в том, что семена C. sativus прорастают уже на третьи сутки после начала инкубации. Данные полисахариды оказывают стимулирующее влияние на прорастание семян C. sativus в течение всего периода эксперимента. К концу инкубации длина проростков огурцов составляет соответственно 78,3 и 79,5 мм, а необработанные семена образуют проростки длиной 42,0 мм. Наиболее активно PO3 и LM действуют на 11-е сутки проращивания (рис. 2). Полисахариды же TVF и SV на скорость прорастания семян C. sativus оказывают очень незначительное влияние.
Таким образом, на скорость прорастания семян L. esculentum и C. sativus влияют некоторые растительные полисахариды, отличающиеся по своей структуре: силенан SV, пицеан Р03 и лемнан LM оказывают стимулирующее влияние на скорость прорастания семян Lycopersicon esculentum сорта «Белый налив 241». На скорость прорастания семян Cucumis sativus сорта «Зозуля F-1» оказывают влияние только два из изученных полисахарида: пицеан Р03 и лемнан LM. В дальнейшем необходимо исследовать, каким образом полисахарид той или иной структуры влияет на скорость прорастания семян L. esculentum и C. sativus и какие структуры являются определяющими в этом процессе.
Выводы
Некоторые пектины и нейтральные гликаны ускоряют прорастание семян L. esculentum и C. sativus. Силенан SV из стебля смолевки обыкновенной, пицеан Р03 из хвои ели сибирской и лемнан LM из ряски малой в концентрации 0,002% оказывают стимулирующее влияние на скорость прорастания семян Lycopersicon esculentum сорта «Белый налив 241». Пицеан и лемнан повышают скорость прорастания семян Cucumis sativus сорта «Зозуля F-1».
Наиболее чувствительными к стимулирующему действию полисахаридов являются семена Cucumis sativus, а самое активное влияние на прорастание обоих видов семян оказывают пицеан и лемнан.
Список литературы
1. Оводов Ю.С. Полисахариды цветковых растений: структура и физиологическая активность //
Биоорганическая химия. 1998. Т. 24, № 7. С. 483-501.
2. Анисимов М.М., Петрова О.М., Логачев В.В., Донец Е.А., Горовой П.Г. Влияние водно-этанольного
экстракта из Caulophillum robustum Maxim. на рост корня проростков Cucumis sativus L. // Растительные ресурсы. 2000. Вып. 4. С.100-105.
3. Патент 2032301, Россия, МКИ А 01 № 65/00. Способ предпосевной обработки семян / Кабиров Р.Р., Садыков О.Ф., Мороз А.П., Попков А.Ю. №5019288/15. Заявл. 24.07.1991. Опубл. 10.04.1995.
4. Патент 2059727, Россия, МКИ С 12 Р 39/00. Регулятор роста растений / Чекасина Е.В., Кандыба Е.В., Булгакова Г.М., Литвинова М.Н. и др. №92015205/13. Заявл. 30.12.1992. Опубл. 10.05.1996.
5. Патент 2119284, Россия, МКИ A 01 № 37/06. Средство для предпосевной обработки семян / Мартынова Т.Н., Власов Б.Я., Долгополов А.А., Козырев В.Г., Лопырев В.А. №96112717/04. Заявл. 26.06.1996. Опубл. 27.09.1998.
6. Патент 2171577, Россия, МКИ А 01 № 43/90. Регулятор роста и способ повышения биохимической активности микроорганизмов и растений / Яковлев В.И., Студенцов Е.П., Зольникова Н.В., Шамцян М.М. 196240, №2000114256/13. Заявл. 25.05.2000. Опубл. 10.08.2001.
7. Давидянц Э.С., Нешина Л.П., Нешин И.В. Влияние тритерпеновых гликозидов Silphium perfoliatum L. на рост проростков гороха и пшеницы // Растительные ресурсы. 2001. Вып. 3. С. 93-97.
8. Губкин В.Н. Подготовка семян к посеву // Картофель и овощи. 2000. №2. С. 8.
9. Оводова Р.Г., Головченко В.В., Шашков А.С., Попов С.В., Оводов Ю.С. Структурное исследование и физиологическая активность лемнана, пектина из Lemna minor L. // Биоорганическая химия. 2000. Т. 26. №10. С. 743-751.
10. Полле А.Я., Оводова Р.Г., Попов С.В. Выделение и общая характеристика полисахаридов из пижмы обыкновенной, мать-и-мачехи и лопуха войлочного // Химия растительного сырья. 1999. №1. С. 33-38.
11. Бушнева О.А., Оводова Р.Г., Мишарина Е.А. Силенаны - полисахариды смолевки обыкновенной (Silene vulgaris) // Химия растительного сырья. 1999. №1. С. 27-32.
12. Оводова Р.Г., Кушникова Е.А., Попов С.В., Бушнева О.А., Попова Г.Ю., Оводов Ю.С. Выделение, характеристика и физиологическая активность полисахаридов из хвои // Труды КНЦ УрО РАН. 1997. №156. С. 15-20.
13. Оводова Р.Г., Бушнева О.А., Шашков А.С., Оводов Ю.С. Выделение и исследование строения полисахаридов из смолевки обыкновенной Silene vulgaris // Биоорганическая химия. 2000. Т. 26, №9. С. 686-692.
14. Полле А.Я., Оводова Р.Г., Шашков А.С., Оводов Ю.С. Выделение и общая характеристика полисахаридов из пижмы обыкновенной // Биоорганическая химия. 2001. Т. 27. №1. С. 52-56.
Поступило в редакцию 23 апреля 2002 г.
