CC BY
48
раздел БИОЛОГИЯ
УДК 581. 192+547.972+577.16
ВЛИЯНИЕ СУЛЬФАТА КОБАЛЬТА НА МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ANGELICA ARCHANGELICA И ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ КОРНЕЙ
Баширова Р.М., Касьянова А.Ю.*
В статье описаны исследования и анализ данных по подбору оптимальной дозы подкормки сульфатом кобальта и его влияние на накопление кумаринов, железа и морфологические показатели Angelica archangelica. В результате проведенных исследований было выяснено, что подкормка сульфатом кобальта позволяет получить большую массу растений. Содержание кумаринов возрастает при внесении сульфата кобальта в дозе 5 10 ~6 г и снижается при подкормке сульфатом кобальта в дозе 5 10 /4 г. Существенное изменение элементного состава при внесении микроудобрения заключается в возрастании содержания железа в корнях Angelica archangelica.
Дудник дягилевый A. archangelica Hoffm.- ме-зофильное лугово-лесное растение, предпочитающее влажные местообитания - берега рек и ручьев, залив ные луга, окраины болот [1, 2, 3]. Устойчив ая к гипоксии корневая система дудника адаптирована к поглощению аммонийной формы азота. Более того, сопоставление эффективности карбамида и нитрата калия при внесении в гидропонную среду показало снижение содержания хлорофилла в листьях и соцветиях под влиянием нитратной формы азота, что приводит к снижению размеров цветоносов, диаметра соцветий, площади листьев A. archangelica [4, 5]. Как известно, способность растений усваивать NH4+ определяется эффективностью Fe++/Fe+++ зависимых аммоний-транспортеров и функциональной активностью цитохромоксидаз. Ассимиляцию аммонийной формы азота в пластидах осуществляют ферредоксин-зависимые глутаматсинтеазы. При недостатке железа листья представителей рода Angelica мельчают, становятся бледными, стебли и черешки листьев истончаются [6].
С другой стороны, способность A. archangelica накапливать ионы Fe+++, а также кобальт в виде ко-баламиновых пигментов, в частности витамина В12, позволяет использовать A. archangelica как проти-воанемическое средство [6, 7, 8, 9]. К тому же системы, содержащие железопорфириновую простети-ческую группу - цитохром-Р450-монооксигеназы -псорален- и мармезин-синтетазы, а также фенилала-нингидроксилаза ответственны за синтез фенольных соединений, определяющих специфику фармакологической активности.^. archangelica [10, 11].
Таким образом, накопление железа в дуднике предопределяет также и его способность синтезировать метаболиты представляющие интерес с медицинской точки зрения. Резонно предположить, что
актив изация поглощения ионо в железа A. archangelica окажет влияние на вторичный метаболизм растения. Нами предпринята попытка активизировать биосинтез фенольных соединений с помощью ионов кобальта, участвующих в формировании гема железопорфириновых пигментов и в регуляции активности феррохелатазы (протогемферролиазы). Целью исследований было изучение влияния CoS04 на морфологические показатели, а также содержание железа, угле в одо в и кумарино в в корнях A. archangelica.
Кобальт как регулятор качества и общей массы сырья привлек наше внимание из следующих соображений:
1. Ионы Со++ влияют на гормональный обмен растения, ингибируя синтез этилена и пероксидаз-ный распад индолилуксусной кислоты [12,13,14].
2. Ионы кобальта в лияют на актив ность Mg-и Fe-хелатаз [15] и накопление хлорофилла [16].
3. Кобальт кофактор некорриновых ферментов
- метионинаминопетидазы, пролидазы, лизинами-номутазы, глюкозоизомеразы и т.д. [17,18]. Со++ не только центральный ион кобаламиновых пигментов, но и стимулятор синтеза вторичных метаболитов [18,19], активизирующий ключевые ферменты синтеза фенольных соединений цитозольную 3-дезокси-0-арабино-гептулоз-7-фосфат синтетазу и 3-
дегидрохиннатсинтетазу [20, 21].
4. Семена растений, выращенных на карбонатных почвах характеризуются низким содержанием кобальта [19], а поскольку при прорастании используются запасы минеральных веществ, имеющихся в семенах, это предопределяет дефицит Со++ в период дальнейшего развития - интенсивного образования листовой поверхности, цветения и завязы-в ания плодо в.
Баширова Раис а Минниуловна - доцент кафедры Физиологии рас тений БашГУ. Касьянова Анас тасия Юрьевна — аспирант кафедры «Физиологии рас тений» БашГУ
Эксперимент проведен в полевых условиях. Почва на опытном участке - чернозем выщелоченный среднесуглинистый. Рассаду дудника высадили в мае по схеме 50х50 см. CoS04 вносили в виде
0,0001%, 0,001%, 0,01% раствора по 50 мл под каждое растение в июне. Выбор сульфата менее подвижного в почве нежели СоС12 и Co(N03)2, был сделан для снижения скорости вымывания микроэлемента и создания более стабильных запасов Со++ в зоне корней.
Варианты эксперимента следующие:
1. контроль
2.+ СоК04, 0,005 мг на 1 растение
3.+ СоК04, 0,05 мг на 1 растение
4.+ СоК04, 0,5 мг на 1 растение
В каждом варианте было по 50 растений, из которых методом случайного отбора 10 растений было взято для анализа. Содержание железа, кальция, калия и сахаров исследовали при помощи инфракрасного спектрофотометра PSC0/ISI IBM РС 4250 в диапазоне 1000-1500 нм. Содержание кумаринов в корнях оценивали методом прямого спектрофото-метрирования хлороформных экстрактов корней при X 320 нм на спектрофотометре СФ-121, расчеты производили исходя из коэффициента молярной экс-тинкции 12. Экстракцию кумарино в CHC13 в ели в течение двух суток, далее из остатка проводили экстракцию более полярных фталидов - метанолом в течение суток.
Подкормка растений сульфатом кобальта вызывала активизацию метаболических процессов, связанных очевидно с усилением ассимиляции азота- масса A. archangelica увеличилась во всех вариантах. При этом отмечены также морфологические изменения листьев и корневой системы, типичные для активизации обмена ауксинов - утолщение боковых корней и соответственно увеличение абсолютной массы корней. Наиболее эффективным оказалось внесение 0,005 мг СоК04 в расчете на 1 растение, вызвавшее к моменту уборки корней почти двукратное увеличение сырой массы (табл. 1).
При подкормке кобальтом снижалась относительная доля корней дудника, что свидетельствует об улучшении условий питания и снижении уровня стрессированности растения. Ранее мы указывали, что воздействие сульфатом кобальта в дозе 5 10-6г вызывает снижение содержания пролина и стабилизирует содержание цистеина в корнях, что позволяет говорить об антистрессорном действии этой дозы СоК04. [22]. Эффект от внесения бьльших доз был выражен в меньшей степени, при этом величина корневого индекса оставалась неизменной, хотя при дозе 5 10-6 абсолютная масса корней увеличивалась на 184, 3%,а при дозах 5 10-5, 5 10-4 - на 129,9 и 115,7%.
Обращает внимание возрастание оттока фото-ассимилятов в корни при внесении 5 10 -6 г СоК04, содержание сахаров в корнях возрастает на 166% (табл.3). Очевидно, что накопление
углеводов и кумаринов в корнях, локализованных в поверхностных структурах [23], коррелирует с увеличением фотоассимилирующей поверхности, возрастающей при воздействии СоК04 в дозе 5 10 -6 г в 3 раза (рис.1). В нашем эксперименте, очевидно, что концентрация кумаринов в корнях возрастает пропорционально изменению площади листье в. Активизация синтеза кумаринов как результат активизации синтеза предшественников - сахаров может быть реализована двумя путями - за счет участия Со++ в регуляции активности фотосистемы II [24] и повышения активности глюкозооизомеразы, катализирующей изомеризацию глюкозы в фруктозу [17] (см рис.№1).
Возрастание содержания кумаринов в корнях отмечалось также при внесении 5 10 -6 г СоК04. Увеличение массы растения и в первую очередь корней можно объяснить активизацией синтеза кумаринов, играющих большую роль в регуляции метаболизма и росто в ых процессо в [25].
Принято считать, что накопление вторичных метаболитов является «платой за адаптацию» приводящей к снижению биологической продукции растений в экстремальных условиях. В нашем эксперименте отмечается параллелизм активизации ростовых процессов и накопления кумаринов, отражающих увеличение объема, и следовательно, и площади поверхности растения.
Самое существенное изменение элементного состава заключается в возрастании содержания железа в корнях под влиянием СоК04, внесение микроудобрения в дозе
5 10 -6 г ув еличив ало накопление железа в корнях A. archangelica, дальнейшее увеличение дозы сульфата кобальта было менее эффективным. Следует отметить, что в модельных экспериментах Дж.Корна с соавт. показана модуляция феррохелатазной активности гороха при воздействии СоК04, повышение концентрации сульфата кобальта более 40 ц M ингибирует феррохелатазную активность более низкие концентрации стимулируют [26] (см. рис. №2).
Как следует из рисунка 2, содержание неполярных кумаринов в корнях максимально увеличивается при внесении сульфата кобальта в дозе 5 10 -6 г, а при дальнейшем по в ышении дозы до 5 10 4 г наблюдается их снижение. Индукцию синтеза фенольных соединений сульфатом другого двухвалентного металла СиК04 отмечали и другие исследователи [27].
Таким образом, внесение сульфата кобальта способствует увеличению не только массы всех органов A. archangelica, но и улучшению их качества, способствуя накоплению в корнях и железа, и кумаринов. Очевидно СоК04, активирующий включение железа в протопорфирин, можно рассматривать как фактор регуляции качества сырья Angelica
archangelica.
Таблица 1
Влияние внесения сульфата кобальта на морфологические показатели A. archangelica (15.09.2002)
Показатель Контроль Дозы внесенного СоК04, г
5 10-6 5 10-5 5 10-4
Количество листьев, шт 4,14 4,29 4,14 4,57
Длина листьев, см 17,98 28,42 22,15 17,95
Количество листовых долей, шт 3,28 6,67 4,75 3,78
Длина листовых долей, см 5,93 7,88 7,44 6,48
Ширина листовых долей, см 5,37 5,94 5,50 5,18
Площадь листьев, см2 104,5 312,2 194,4 126,9
Масса растения, г 21,93 54,64 33,00 27,00
Масса надземной части, г 12,36 37,00 17,71 15,93
Масса корней, г 9,57 17,64 12,43 11,07
Корневой индекс 0,77 0,47 0,70 0,69
Сахара, % 0, 22 0,56 0,38 0,26
Содержание кумаринов, % 0,21 0,27 0,23 0,17
1400
X
п:
I
Cl
О
m
го
го
о с;
0 * CD S
1 ГО
и
о о
О
1100
800
500
контроль
5 10-5 г
5 10-6 г
5 10-4 г
Рис.1 Влияние внесения сульфата кобальта на содержание железа в корнях.Л. archangelica
Рис.1 Спектральные характеристики хлороформных (А) и Рис. 2 Спстральныез ншракте^шстики тхлороформнырн е?) A йlеташ>льpы9c(Щпэкстрактов корней A. archangelica (по> осРййдират - пптичес&Мплпвдстьопотосиабсцисс длинц волспд, л»]к i - койГДОль; 2-5 10 -6 г; 3 - 5 10 5 г; 4 - ^ 10 0нгтр о ль
2 - 5 1 0 -6
3 - 5 ! 0 -5 ЛИТЕРАТУРА
1. Кучеров Е.В. Дягиль лекарственный // Ботанические экскурсии в Башкирии. - Уфа: Башк. кн. издательст-
во,1987.-С.46.
2.Kei1 P.Jko1ogie der gewдsserbeg1eitenden agriophyten Angelica archangelica ssp. 1itora1is, Bidens frondosa und Rorippa austriaca im Ruhrgebiet. Dissertation D-70176. Stuttgart.Germany. 1999. s.186
3.Касьянова А.Ю. Морфологические показатели и содержание биологически активных веществ в Angelica archangelica L., произрастающих на участках с разным уровнем увлажнения // Итоги биол. исследований. 2001 Вып. 7.: Сб. научных трудов.-Уфа: БашГУ, 2003. - С.243-245.
4.Menghini A., Poссesсhi N., Venanzi G., Mi11etti G. Accrescimento e differenziazione biometriсa di piante di Angelica archangelica L. in co1tura idroponica// Anna1i Fac. Agr. Univ. Perugia - Vo1. XLII, 1988, pp. 755-760
5.Pocceschi N., Menghini A., Romano B., Venanzi G., Fornaciari M. Contenuto di pigmenti e amminoacidi 1iberi ne11e forg1ie di Angelica archangelica L.// Anna1i Fac. Agr. Univ. Perugia - Vo1. XLIV, 1990, pp. 261-266
6. Anonym. Iron deficiency of crops. An internationa1 information center for farmers in the Asia Pacific Region. Food
& Ferti1izer Techno1ogy Center, 2001.
7. Chen C-Y. E1ementa1 ana1ysis of the Taiwanese hea1th food Angelica keiskei by INAA//J. of radioana1itica1 and
nuc1ear chemistry. 2002, vo1. 252, N 3, p.551-558
8.Han S.-B., Choi E.-H., Chumg H.-W. et a1. Ana1ysis of minera1 contents of edib1e medicina1 P1ants in Korea//Food Sci. Biotechno1. 2001. Vo1. 10. № 3. Р.225-230
9.Radix Ange1icae sinensis//WH0 monographs on se1ected medicina1 p1ants. Vo1.2. Geneva. Word1 hea1th organization, 2001, p.25-34
10.Hamerski D, Matern U, E1icitor-induced biosynthesis of psora1ens in Ammi majus L. suspension cu1tures. Microsoma1 conversion of demethy1suberosin into (+) marmesin and psora1en// European Journa1 of biochemistry, Vo1>171,>1988.>
11. Knaggs A.R. The biosynthesis of shikimat metabo1ites// Nat. Prod. Rep. 1999. 16, p. 525-560.
12. Lau 0.L., Yang S.F. Inhibition of ethy1ene production by coba1tous ion//P1ant Physio1ogy. 1976. 58. p. 114-117
13. Satoh S., Esashi Y. б- aminoisobutyric acid, proppy1 ga11ate and coba1t ion and the mode of inhibition of ethy1ene production by coty1edonary segments of cock1ebur seeds//Physio1. P1ant. 1982. 54. p.147-152
14. Hansen H., Grossman K. Auxin induced ethy1ene triggers abscisic acid biosynthesis and growth inhibition//P1ant physio1. 2000, Vo1.124, pp.1437-1448
15. Wa1ker C.J., Wi11ows R.D. Mechanism and regu1ation of Mg-che1atase// Biochemica1 journa1 1997. 327, p. 321333.>
16.Шалыго Н.В., Колесникова Н.В.; Воронецкая В.В.; Аверина Н.Г. Влияние катионов Mn2+, Fe2+, Со2+и 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. Coba1t proteins//Europeanjourna1s of biochemistry. 1999. Vo1. 261. p.1-9
18.Bandarian V, Ludviwig ML, Mattheews RG. Factors modu1ating conformationa1 equi1ibria in 1arge modu1ar proteins: a case study with coba1amin-dependent metthionine synthase//Proc. Nat1 Acad Sci USA. 2003, 100(14), p.8156-8163.
19.Ty1er G., Zoh1en A. P1ant Seeds as Minera1 Nutrient Resource for Seed1ings РA Comparison of P1ants from Ca1careous and Si1icate Soi1s// Anna1s of Botany 1998. 81: p.455-459
20. Chaudhary M.T., Merrett M.J., Wainwright S.J., Ion accumu1ation in 1ucerne p1ants regenerated from sa1t-adapted suspension cu1tures compared with recu1tured ce11s from these p1ants // P1ant Ce11 Reports, 1997, V. 17, № 2, p. 145-149.>
21. Титов С.Е., Кочетов А.В., Коваль В.С., Шумный В.К. Трансгенез как способ повышения устойчивости растений к абиотическим стрессам // Успехи современной биологии, 2003, том 123, № 5, с 487-494.
22. Баширова Р.М., 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.Zobe1 A.M., March R.E. Autofluorescence revea1s different histo1ogica11oca1izations of furanocoumarins in fruits of some Umbelliferae and Leguminosae// Anna1s of botany № 71, 1993, p. 251-255.
24. Hortchandani S., 0zdemir U., Nasr C.et a1. Redox characteristics of Schiff base manganese and coba1t comp1exes re1ated to water-oxidizing comp1ex of photosynthesis // Bioe1ectrochemistry and bioenergetics, 1999, V. 1, № 48, p.>53-59.>
25. Siatka T., Kaspranova M. YLIV auxinu produkci kumarinu v suspenzni cu1ture Angelica archangelica L./Meska a s1ovenska farmacie. Roиnik LII-Chis1o 4, 2003, p.186-188
26. Cornan J.E. et a1. Measurement of ferroche1atase activity using a nove1 assay suggests that p1astids are the major site of haem biosynhesis in both photosynthetic and non- photosynthetic ce11s of pea (Pisum sativum L.) Biochem.J.>2002.>362,>p.423-432>
27. Santiago L.J., Ricardo P.L., De Po1iveira D. Compartmentation of pheno1ic compounds and pheny1a1anine ammonia-1yase in 1eaves of Phyllanthus tenellus Roxb. and their induction by copper su1phate//Anna1s 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 биологической эффективности препарата рифтал, влияния его на белковый состав семян, гемагглютинирующую
активность лектинов и фотосинтетический аппарат листьев зерновых культур.
Фракционное выщеление 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 выщеляли ацетатным буфером pH 3,8 [3] с последующей очисткой на колонке с овогелем методом аффинной хроматографии.
Для выщеления 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
%Ямалеева Анна Алекс андровна - доктор бнологнче скнх наук, профе с с ор кафедры биохимии и биотехнологии биофака БашГУ Талипов Рифкат Фаатович — д.х.н., профе с с ор, зав. кафедрой биоорганиче ской химии БашГУ.
Ибрагимов Ринат И смагилович - доктор биологиче ских наук, профе с с ор каф. биохимии и биотехнологии биофака БашГУ Сакаева Альфия Гайсиновна - с .н.с . лаб. Защиты рас тений БНСХ
