CC BY
63
УДК 631.811.982:581.143.
ВЛИЯНИЕ ТРИЭТАНОЛАМИНА И СИЛАТРАНОВ НА СТАБИЛЬНОСТЬ ВАКУОЛЯРНОЙ МЕМБРАНЫ КЛЕТОК СВЕКЛЫ
А.М. Шигарова, В.Н. Нурминский, Г.Б. Боровский
Сибирский институт физиологии и биохимии растений СО РАН, 664033, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 132, anas_shig@mail.ru
Исследовали влияние биостимулятора роста и устойчивости триэтаноламина (ТЭА) и его производных (метил-, хлорметил- и этоксисилатранов, МС, ХМС и ЭС, соответственно) в низких и сверхнизких дозах на стабильность вакуолярной мембраны. Установлено, что триэтаноламин и хлорметилсилатран в самой низкой из исследованных концентраций (10 1 М), повышали стабильность мембраны вакуолей по сравнению с контролем. Было выдвинуто предположение, что ТЭА и ХМС в концентрации 1013 М могут оказывать положительное влияние на рост и развитие растений.
Ил. 2. Библиогр. 13 назв.
Ключевые слова: силатраны; биологически активные вещества; вакуолярная мембрана.
IMPACT OF TRIETHANOLAMINE AND SILATRANES ON STABILITY OF VACUOLAR MEMBRANE
A.M. Shigarova, V.N. Nurminskii, G.B. Borovskii
Siberian Institute of Plant Physiology and Biochemistry SB RAS 132, Lermontov St., Irkutsk, 664033, Russia, anas_shig@mail.ru
The study was focused on the impact of growth and resistance biostimulator - triethanolamine (TEA) and its derivatives (methyl-, chloromethyl- and ethoxysilatranes, MS, CMS and ES respectively) in low and super-low concentrations on stability of vacuolar membrane. Triethanolamine and chloromethylsilatran in the low-
13
est examined concentration (10 М), were found to enhance vacuole membrane stability as compared to control. TEA and CMS in -1013 М were presumed to positively affect plant growth and development. 2 figures. 13 sources.
Key words: silatranes, biologically active substances, vacuolar membrane.
ВВЕДЕНИЕ
В природе растения подвергаются ряду неблагоприятных факторов, в том числе резким перепадам температур и дефициту влаги. Неблагоприятные воздействия влияют на рост и развитие растений и этим ограничивают урожайность важных сельскохозяйственных культур. Это обусловливает необходимость поиска химических соединений, имеющих биологическую активность и непосредственно или через стимуляцию защитных механизмов растений увеличивающих устойчивость и урожайность. В настоящее время особую актуальность приобретает поиск экологически безопасных стимуляторов роста растений, обладающих в сверхнизких концентрациях адаптогенными свойствами при неблагоприятных условиях окружающей среды. Из числа биологически активных веществ (БАВ) особый интерес для растениеводства могут представлять некоторые произ-
водные триэтаноламина (ТЭА). К ним относятся кремнийорганические соединения - силатраны: 1-метил-, 1-метил-4-хлор- и 1-этоксисилатран (сокращенно МС, ХМС, ЭС, соответственно), синтезированные в Иркутском институте химии под руководством ак. РАН М.Г. Воронкова. Положительное влияние этих соединений в низких дозах на рост и развитие некоторых видов растений показано для ряда культур в полевых экспериментах [4-7].
По результатам полевых исследований на различных растительных культурах, установлено, что силатраны интенсифицируют ростовые и репарационные процессы, формирование и вызревание тканей, синтез и резервирование пластических веществ при плодообразовании. Одновременно выявилось их влияние на белковый, фосфорный и липидный обмены в клетках растений. Было установлено, что эти веще-
ства стимулируют адаптивные реакции растений [4,6,7]. Однако физиологические механизмы, с помощью которых эти вещества способны оказывать действие на растения, не были изучены и нуждаются в исследовании.
Биологические мембраны ответственны за выполнение многих важнейших функций живой клетки. Согласно жидкостно-мозаичной модели основу любой клеточной мембраны составляет фосфолипидный бислой, в который встроены определенным образом ориентированные белковые структуры. Монослои биологических мембран могут иметь различия в составе и соотношении липидов. Непрерывность липидного бислоя определяет барьерные и механические свойства мембран [13]. Важнейшей неспецифической реакцией на неблагоприятные воздействия (в том числе и на повышенные и пониженные температуры) является изменение свойств мембран, что связано с перестройками в их структуре. Изолированные мембраны растительных клеток являются удобной моделью исследования действия БАВ на клетки и растения.
В данной работе проведено изучение влияния триэтаноламина (ТЭА) и его кремний-органических производных - силатранов на стабильность изолированной вакуолярной мембраны столовой свеклы.
МЕТОДИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Известно, что силатраны являются мем-бранотропными соединениями, и соответственно, могут влиять на свойства мембран [10]. В
наших экспериментах мы можем оценить интегральное действие вещества на стабильность мембраны, но не на ее биологические свойства, однако такие достаточно простые эксперименты могут указывать на стабилизирующие или, напротив, дестабилизирующие его свойства.
Действие исследуемых соединений оценивали по изменению динамики разрушения изолированных вакуолей по сравнению с контролем. Для этого был применен метод цейтра-ферной компьютерной видеосъемки [9]. Изолированные вакуоли получали по методу [11].
Исследуемые БАВ использовали в виде водных растворов в логарифмически снижающихся концентрациях - от 10-3 до 10-13 М. Согласно предложенной Е.Б. Бурлаковой с соавторами (Бурлакова, 1994, 1996, 2003; Белов, 2004) классификации, концентрации примененных нами в исследованиях биостимуляторов, относятся к областям низких (10-3-10-11 М) и сверхнизких (10- -10- М). Для работы было выбрано три концентрации: 10-3 М, 10-7 М (или 10-8 М) и 10-13 М. Концентрации были выбраны на основании предшествующих работ по изучению влияния этих веществ на рост и устойчивость растений [1-3, 8].
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ И
ВЫВОДЫ
Результаты показывают, что ТЭА и ХМС повышали стабильность мембраны вакуолей по сравнению с контролем (К), причём, в самой низкой из исследованных концентраций - 10-13 М (рис. 1). Ранее было проведено исследова-
Г*1
Т Г+1
1 Г+1
контроль -3 -8
Концентрации ТЭА, ЬдС
-13
Рис. 1. Влияние триэтаноламина и хлорметилсилатрана на период полураспада
изолированных вакуолей
100
я
H
о 60
M H
H 40
20
0 J—-—I—-—I—-—I——
контроль -3 -7 -13
Концентрации MC, LgC
rh
и
контроль -3 -8 -13
Концентрации ЭС, LgC
Рис. 2. Влияние метилсилатрана и этоксисилатрана на период полураспада
изолированных вакуолей
Приведены средние арифметические 3-х биологических повторностей и их стандартные отклонения. * — достоверные отличия периода полураспада вакуолей в сравнении с контролем (без исследуемых веществ) (по (-критерию Стьюдента, р < 0,05).
ние влияния ХМС и ТЭА на вязкоупругие свойства модельных мембран [10]. Было показано, что ХМС в концентрациях от 10-9 до 10-5 М эффективно воздействует на микровязкость липо-сомальных модельных мембран и обладает выраженным мембранстабилизирующим действием [10]. Мы, однако, стабилизацию мембран наблюдали при гораздо более низкой концентрации, что, вероятно, связано с особенностями выбранного в нашем эксперименте модельного объекта.
В случае с другими исследованными веществами (МС и ЭС) такого эффекта не наблюдалось (рис. 2).
На основе полученных результатов можно предположить, что оказываемое ТЭА и ХМС положительное влияние на рост и развитие растений, а также их устойчивость к температурным стрессам [12] может быть, в некоторой мере, связано с повышением стабильности клеточных мембран растений.
1. Белов В.В., Мальцева Е.Л., Пальмина Н.П., Бурлакова Е.Б. Роль полярности растворителя в механизме действия биологически активных веществ в сверхмалых дозах // Доклады РАН. 2004. Т. 399, № 4. С. 548-552.
2. Бурлакова Е.Б., Бойков П.Я., Папина Р.И., Карцев В.Г. Бимодальный эффект производных пиколиновой кислоты на скорость прорастания пшеницы и гороха // Изв. РАН. Сер. Биол.1996. № 1. С. 9-45.
3. Бурлакова Е.Б., Конрадов А.А., Мальцева Е.Л. Действие сверхмалых доз биологически активных веществ и низкоинтенсивных физических факторов // Химическая физика. 2003. Т. 22, № 2. С. 21-40.
4. Воронков М.Г., Барышок В.П. Силатра-ны в медицине и сельском хозяйстве // Новосибирск: СО РАН, 2005. 257 с.
ЖИЙ СПИСОК
5. Воронков М.Г, Зелчан Г.И., Лукевиц Э.Я. Кремний и жизнь. Рига: Зинатне, 1978. 585 с.
6. Воронков М.Г, Долмаа Г., Цэрэнпил Ш., Угтахбаяр О., Чимидцокзол А. Стимулирующее влияние микромолярных водных растворов си-латранов и крезацина на прорастание семян ячменя // Докл. РАН. 2005. Т. 404. С. 562-564.
7. Воронков М.Г., Дьяков В.М. Силатраны. Новосибирск: Наука СО АН, 1978. 203 с.
8. Макарова Л.Е., Соколова М.Г., Боровский Г.Б., Шигарова А.М. и др. Температурная зависимость влияния триэтаноламина и силат-ранов на рост проростков гороха // Агрохимия. 2009. № 1. С. 1-6.
9. Нурминский В.Н., Корзун А.М., Розинов С.В., Саляев Р.К. Компьютерная цейтраферная видеосъемка фракции изолированных вакуолей // Биомедицинская химия. 2004. № 50. С.
180-187.
10.Писарский Ю.Б., Казимировская В.Б., Воронков М.Г. О механизме мембранстабили-зирующего действия 1-(хлорметил)силатрана // Докл. АН. 1987. Т. 293, № 3. С. 724-727.
11.Саляев Р.К., Кузеванов В.Я., Хаптагаев С.Б., Копытчук В.Н. Выделение и очистка вакуолей и вакуолярных мембран из клеток растений // Физиология растений. 1981. Т. 28, № 6. С.1295-1305.
12.Шигарова А.М., Коротаева Н.Е., Боровский Г.Б., Воронков М.Г. Влияние триэтаноламина и силатранов на термоустойчивость и накопление стрессовых белков у проростков гороха // Физиология растений. 2012. Т. 59, № 6. С. 730-738.
13.Singer S.J., Nicolson G.L. The fluid mosaic model of the structure of cell membranes // Science. 1972. V.175. P.720-731.
REFERENCES
1. Belov V.V., Mal'tseva E.L., Pal'mina N.P., Burlakova E.B. Rol' polyarnosti rastvoritelya v mekhanizme deistviya biologicheski aktivnykh veshchestv v sverkhmalykh dozakh [The role of the solvent polarity in the mechanism of action of biologically active substances in ultralow doses]. Dokl. RAN - RAS Reports, 2004, vol. 399, no. 4, pp. 548-552.
2. Burlakova E.B., Boikov P.Ya., Papina R.I., Kartsev V.G. Bimodal'nyi effekt proizvodnykh pikolinovoi kisloty na skorost' prorastaniya pshenitsy i gorokha [Bimodal effect of picolinic acid derivatives on the germination rate of wheat and peas]. Izv. RAN, Ser. Biol. - Proc. of RAS, Ser. Biol., 1996, no.1, pp. 9-45.
3. Burlakova E.B., Konradov A.A., Mal'tseva E.L. Deistvie sverkhmalykh doz biologicheski aktivnykh veshchestv i nizkointensivnykh fizicheskikh faktorov [Action of ultra-low doses of biologically active substances and low-intensity physical factors]. Khimicheskaya fizika - Russian Journal of Physical Chemistry B, 2003, vol. 22, no. 2, pp. 21-40.
4. Voronkov M.G., Baryshok V.P. Silatrany v meditsine i sel'skom hozyaistve [Silatranes in medicine and agriculture]. Novosibirsk, SO RAN Publ., 2005, 257 p.
5. Voronkov M.G, Zelchan G.I., Lukevits E.Ya. Kremnii i zhizn' [Silicon and life]. Riga, Zinatne Publ., 1978, 585 p.
6. Voronkov M.G, Dolmaa G., Tserenpil Sh., Ugtakhbayar O., Chimidtsokzol A. Stimuliruyushchee vliyanie mikromolyarnykh vodnykh rastvorov silatranov i krezatsina na prorastanie semyan yachmenya [Stimulating effect of micromolar silatranes and krezatsin aqueous solutions to germination of barley seeds]. Dokl. RAN - RAS Reports, 2005, no. 404, pp. 562-564. (in Russ)
7. Voronkov M.G., D'yakov V.M. Silatrany [Silatranes]. Novosibirsk, Nauka SO RAN Publ., 1978, 203 p.
8. Makarova L.E., Sokolova M.G., Borovskii G.B., Shigarova A.M., Voronkov M.G. Temperaturnaya zavisimost' vliyaniya trietanolamina i silatranov na rost prorostkov gorokha [The temperature dependence of triethanolamine and silatranes effect to growth of pea seedlings]. Agrokhimiya - Agricultural Chemistry, 2009, no.1, pp. 1-6.
9. Nurminskii V.N., Korzun A.M., Rozinov S.V., Salyaev R.K. Komp'yuternaya tseitrafernaya videos"emka fraktsii izolirovannykh vakuolei [Computer-based stop-motion video recording of isolated vacuole fraction]. Biomeditsinskaya khimiya -Biochemistry Supplement. Series B: Biomedical Chemistry, 2004, vol. 50, no. app. 1, pp. 180-187 (in Russ).
10.Pisarskii Yu.B., Kazimirovskaya V.B., Voronkov M.G. O mekhanizme membranstabiliziruyushchego deistviya 1-(khlormetil)silatrana [Mechanism of membrane stable action of 1-(chloromethyl) silatrane]. Dokl. Akad. Nauk - Acad. Sci. Reports, 1987, no. 293, pp. 724-727. (in Russ)
11.Salyaev R.K., Kuzevanov V.Ya., Khaptagaev S.B., Kopytchuk V.N. Vydelenie i ochistka vakuolei i vakuolyarnykh membran iz kletok rastenii [Isolation and purification of vacuoles and vacuolar membranes of plant cells]. Fiziologiya rastenii - Russian Journal of Plant Physiology, 1981, vol. 28, no. 6, pp. 1295-1305.
12.Shigarova A.M., Korotaeva N.E., Borovskii G.B., Voronkov M.G. Vliyanie trietanolamina i silatranov na termoustoichivost' i nakoplenie stressovykh belkov u prorostkov gorokha [Effect of triethanolamine and silatranes on thermotolerance and accumulationof stress proteins in pea seedlings]. Fiziologiya rastenii - Russian Journal of Plant Physiology, 2012, vol. 59, №6, pp.730-738.
13.Singer S.J., Nicolson G.L. The fluid mosaic model of the structure of cell membranes. Science, 1972, no. 175, pp. 720-731.
Поступило в редакцию 20 октября 2014 г.
