авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Влияние экологических факторов на содержание в растениях некоторых антиоксидантов

На правах рукописи

Горюнова Юлия Дмитриевна ВЛИЯНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА СОДЕРЖАНИЕ В РАСТЕНИЯХ НЕКОТОРЫХ АНТИОКСИДАНТОВ Специальность 03.00.16 – Экология 03.00.12 – Физиология и биохимия растений

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Калининград – 2009

Работа выполнена в Российском государственном университете имени Иммануила Канта.

Научный консультант: доктор биологических наук, профессор Чупахина Галина Николаевна

Официальные оппоненты: доктор химических наук, профессор Яшин Яков Иванович кандидат биологических наук Малыхина Лариса Валерьевна

Ведущая организация: Всероссийский научно-исследовательский институт селекции и семеноводства овощных культур

Защита состоится «_» 2009 г. в часов на заседании диссертационного совета Д 212.084.04 при Российском государственном университете имени Иммануила Канта по адресу: 236040, г. Калининград, ул. Университетская, 2, ауд. 143;

e-mail: julieju@mail.ru, julie_goryunova@yahoo.fr

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Российского государственного университета имени Иммануила Канта.

Автореферат разослан «»_ 200 г.

Ученый секретарь диссертационного совета И.Ю. Губарева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Впервые на пагубное воздействие свободных радикалов на живые организмы в нашей стране обратил внимание Н.М. Эмануэль [Эмануэль, 1967, 1979]. В настоящее время роль свободных радикалов интенсивно изучается [Владимиров, 1992, 2000;

Дюмаев, 1995;

Гинс, 1999, 2002;

Зозуля, 2000;

Мерзляк, 1999;

Чиркова, 2002;

Яшин, 2005, 2006, 2007;

Меньщикова, 2006, 2007;

Acworth, 1995;

Flohe 1985;

Larson, 1997;

Tringali 2001;

Bidlack, 2000;

Dadali, 2007;

Dorman,2007]. Установлена прямая связь между ростом содержания свободных радикалов и возникновением опасных заболеваний. Наибольшую опасность представляет цепное окисление полиненасыщенных жирных кислот (перекисное окисление липидов – ПОЛ), при этом образуются гидроперекиси, обладающие высокой реакционной способностью и повреждающим действием [Владимиров, 1972, 1987, 1991, 2000;

Калашников, 1999;

Курганова, 1997;

Merzlyak, 1994].

Концентрация свободных радикалов возрастает под действием радиации, УФ облучения, воздействия других экологических факторов и из-за снижения активности естественной антиоксидантной системы [Яшин, 2005, 2006]. Растения обладают достаточной устойчивостью к окислительным повреждениям, которые возникают при воздействии различных внешних факторов или при резком изменении физиологического состояния растения. Это обусловлено существованием в растительной клетке эффективных защитных систем, основу которых и составляют антиоксиданты. [Мерзляк, 1999]. Экологический аспект накопления антиоксидантов в растениях начинает привлекать внимание исследователей [Карташов и др.,2008;

Радюкина и др., 2008] и нуждается в дальнейшем изучении.

Цели и задачи исследования.

Целью данного исследования явилось изучение влияния экологических факторов на накопление антоцианов, рутина, каротиноидов и суммарного содержания водорастворимых антиоксидантов в растениях.

Для реализации данной цели были поставлены следующие задачи:

1. Изучить влияние экологических факторов (свет, температура) на формирование пула водорастворимых антиоксидантов, антоцианов, рутина и каротиноидов в листьях и плодах семи видов растений семейства Juglandaceae Lindl. в процессе вегетационного развития.

2. Исследовать действие света на содержание водорастворимых антиоксидантов в листьях ярового ячменя (Hordeum vulgare L.) сортов Эльф и Турингия.

3. Изучить зависимость адаптационных возможностей растений сем. Juglandaceae Lindl. от содержания в них антиоксидантов.

Научная новизна.

Впервые исследовано суммарное содержание водорастворимых антиоксидантов в листьях и плодах семи видов растений сем. Juglandaceae Lindl. (род Juglans L.: Juglans cordiformis Maxim., Juglans regia L., Juglans rupestris Engelm.;

род Pterocarya L.: Рterocarya pterocarpa (Michx.) Kunth, Рterocarya stenoptera DC.;

род Carya L.: Carya tomentosa (L.) Mutt. (alba Koch C.), Carya cordiformis (Wangh.) Koch C.) и некоторых травянистых и злаковых растениях. Впервые исследована динамика накопления антоциановых пигментов, рутина и каротиноидов в период вегетации представителей двух родов: Pterocarya L. и Carya L. семейства Juglandaceae Lindl. Для всех исследованных видов показана обратная корреляционная зависимость между температурой окружающей среды и уровнем антоцианов в листьях, а также между содержанием антоциановых пигментов в листьях и плодах. Отмечена положительная корреляция с высокой степенью сопряженности между интенсивностью света и содержанием рутина в листьях, а также между накоплением рутина в листьях и плодах растений.

Обнаружено высокое суммарное содержание водорастворимых антиоксидантов в молодых листьях, важного в практическом отношении растения амаранта. Показана устойчивость антиоксидантного пигмента – амарантина при высушивании листьев и последующей водной экстракции.

Выявлено положительное влияние света на накопление водорастворимых антиоксидантов в листьях ярового ячменя двух сортов Эльф и Турингия.

Основные защищаемые положения.

1) Суммарное содержание водорастворимых антиоксидантов в листьях растений семи видов сем. Juglandaceae Lindl. в период их вегетации положительно не коррелирует с интенсивностью света и температурой.

Свет (I=61х103 Лк, экспозиция 24 часа) стимулирует накопление 2) водорастворимых антиоксидантов в листьях ярового ячменя (Hordeum vulgare L.) сортов Эльф и Турингия.

3) Начальный период вегетации (1–3 недели) семи видов сем.

Juglandaceae Lindl. характеризуется самыми высокими показателями содержания водорастворимых антиоксидантов, антоцианов и рутина.

4) Пул водорастворимых антиоксидантов растений сем. Juglandaceae Lindl. может быть показателем их адаптационных возможностей.

Практическая значимость.

Дана количественная оценка суммарного содержания водорастворимых антиоксидантов, антоцианов, рутина и каротиноидов в плодах семи видов семейства Juglandaceae Lindl. Полученные данные по содержанию водорастворимых антиоксидантов рекомендуется использовать при решении вопроса о перспективности интродукции растений этого семейства.

Определено суммарное содержание водорастворимых антиоксидантов в листьях важного в практическом отношении растения амаранта, показана устойчивость его антиоксидантного пигмента – амарантина при высушивании листьев и последующей водной экстракции.

Данные исследований используются в учебном процессе в курсах «Экология растений», «Физиология растений», «Биохимия растений», «Рациональное питание», «Витаминология» на факультете биоэкологии РГУ им. И. Канта.

Апробация результатов работы.

Результаты исследований и материалы диссертационной работы представлялись на: VII Международном симпозиуме «Новые и нетрадиционные растения и перспективы их практического использования» (г. Пущино, 2007 г.);

Всероссийской internet-конференции (с международным участием) «Проблемы экологии в современном мире» (г. Тамбов, 2007 г.);

5-ой национальной научно-практической конференции с международным участием «Активные формы кислорода, оксид азота, антиоксиданты и здоровье человека» (г. Смоленск, 2007 г.), 11-th International Congress Phytopharm – 2007 (Leiden, 2007), VIII международная научно-методическая конференция «Интродукция нетрадиционных и редких растений» (г. Мичуринск, 2008 г.), SFRR – Europe Meeting 2008 «Free Radicals and Nutrition: Basic Mechanisms and Clinical Application» (Berlin, 2008), I–ая Международная научно – практическая конференция «Современные тенденции в селекции и семеноводстве овощных культур. Тенденции и перспективы» (г. Одинцово, 2008 г.), 8–th International Conference VITAMINS «Nutrition and Diagnostics» (Zlin, 2008).

Основные результаты докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры ботаники и экологии растений и кафедры медицинской экологии РГУ им. И. Канта (2005, 2006, 2007, 2008 гг.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 работ, работа находится в печати.

Структура и объём диссертации.

Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов, списка использованной литературы, приложения. Общий объем работы составляет 173 страницы, из которых основной текст занимает страниц. Список литературы содержит наименований 319, из них 157 на иностранных языках. Иллюстративный материал представлен 3 таблицами и 46 рисунками.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение Обосновывается выбор темы, ее актуальность, приводятся общие сведения о работе: цели и задачи исследования, научная новизна, практическое значение, основные защищаемые положения, апробация результатов, структура и объем диссертации.

Глава 1. Обзор литературы В главе представлен обзор исследований, посвященных изучению свободных радикалов, активных форм кислорода, их негативного влияния на растительные организмы. Цитируются работы, в которых изучены молекулярные механизмы защиты от свободных радикалов при участии низкомолекулярных антиоксидантов, таких как, антоцианы, рутин и каротиноиды. А также приводятся работы по влиянию важнейших экологических факторов (света и температуры) на данные соединения.

Глава 2. Объекты и методы исследования Объекты исследования В качестве объектов исследования использовались древесные растения семейства Juglandaceae Lindl. трех родов: рода Juglans L.: Juglans cordiformis Maxim. (орех сердцевидный) – интродуцент с Дальнего Востока;

Juglans regia L. (орех грецкий) – интродуцент с Кавказа;

Juglans rupestris Engelm. (орех скальный) – интродуцент из Северной Америки;

рода Pterocarya L.: Рterocarya pterocarpa (Michx.) Kunth (лапина крылоплодная) – интродуцент из Китая, Рterocarya stenoptera DC. (лапина узкокрылая) – интродуцент из Китая;

рода Carya L.: Carya tomentosa (L.) Mutt. (alba Koch C.) – кария войлочная (белая) – интродуцент из Германии, Carya cordiformis (Wangh.) Koch C. (кария сердцевидная) – интродуцент из Германии, произрастающие на территории Ботанического сада Российского государственного университета имени Иммануила Канта.

Растения этого семейства широко интродуцируются на территории Калининградской области.

Анализировались листья побегов, сформированные из верхушечной почки, у которых использовали срединную часть средних листочков листьев, а также ядра зрелых плодов растений. Сбор растительного материала для анализов проводился в периферической части кроны на высоте 3 – 4 м в утренние часы (9 – 10ч) [Методические..., 1980].

Изучались листья растений ярового ячменя (Hordeum vulgare L.) сортов Эльф и Турингия, озимой ржи (Secale cereale L.) сорта Пуховчанка.

Для исследования использовали первые и вторые развернутые листья.

Исследовались листья амаранта (Amaranthus tricolor L.) сорта Валентина из коллекции ВНИИССОК в онтогенезе.

Методы исследования Фенологические наблюдения представителей семейства Juglandaceae Lindl. проводились по методике ГБС РАН в модификации Г.Н. Зайцева [Зайцев, 1981]. Фиксировались следующие стадии развития растений:

1 - начало вегетации (фаза появления зеленого конуса листа);

2 - начало цветения (распускание первых сережек);

3 - конец цветения (менее половины цветков с околоцветниками или менее чем у половины цветков тычинки производят пыльцу, а столбики более половины цветков завяли или засохли);

4 - стадия плодоношения (растение со зрелыми плодами);

5 - конец вегетационного периода (фаза массового раскрашивания листьев, когда более 50% листьев приобретают осеннюю окраску).

Степень одревеснения побегов определили на 1 октября в процентах от общей длины побега [Опыт интродукции..., 1973].

Зимостойкость определялась путём визуального обследования с оценкой по 25-бальной шкале (7 групп), предложенной отделом дендрологии ГБС РАН [Опыт интродукции..., 1973]:

1 - обмерзаний нет (25 баллов) 2 - единичное обмерзание верхушечных почек и концов однолетнего прироста (20 баллов) 3 - массовое обмерзание однолетнего прироста (15 баллов) 4- единичное обмерзание 2-3 - летних побегов (10 балов) 5 - обмерзание 1/3-1/2 части кроны (5 баллов) 6 - обмерзание надземной части кроны (3 балла) 7 - полная гибель дерева.

Анализы проводились еженедельно в течение вегетационного периода с мая по октябрь 2007 г. (1 – 24 недели). В ходе сбора растительного материала фиксировалась температура и интенсивность света, которая определялась люксметром–яркомером Аргус–12. В течение всего исследования рассчитывалась сумма эффективных температур (5С°).

Размеры делянок и схемы посева амаранта осуществлялся по ГОСТ 4671-78 (делянки и схемы посева в селекции, сортоиспытании и первичном семеноводстве овощных культур). Фенологические наблюдения растений и промеры проводились в соответствии с методическими указаниями по изучению зеленных культур, разработанных в ВИРе.

Растения ярового ячменя и озимой ржи выращивались до 10-ти дневного возраста в установке «Флора» ТКШ – 1 с люминисцентными лампами SLU 30/26 – 735 (интенсивность света 61 х 103 Лк).

Интенсивность света определяли люксметром–яркомером Аргус–12.

Содержание водорастворимых антиоксидантов определялось по методике Яшина Я.И. на приборе «ЯУЗА ААА–01» [Яшин Я.И., 2005], которая позволяет определить активные природные антиоксиданты, имеющие фенольную природу (природные полифенолы, фенольные гидрооксикислоты, разные типы флавоноидов, витамины и др.).

Каротиноиды [Полевой, Максимова, 1978], антоциановые пигменты [Муравьева и др., 1987], амарантин исследовали спектрофотометрически [Piattelli et al., 1969]. Количественный уровень рутина определялся по методике Кушмановой [Кушманова, Ивченко, 1974]. Содержание исследуемых веществ представлено в мг или мкг на грамм сырой массы.

Опыты выполнялись в трех – пяти биологических повторностях.

Полученные данные обработаны статистически с использованием пакета электронных таблиц Microsoft Exel и программы Statistica (метод парных сравнений, коэффициент корреляции). Результаты представлены в виде средних арифметических значений с указанием ошибки средней величины, коэффициента корреляции и критерия достоверности.

Главы 3 – 4. Результаты исследований и их обсуждение Сезонная динамика накопления водорастворимых антиоксидантов у представителей семейства Juglandaceae Lindl. в связи с экологическими факторами Исследовалась динамика накопления водорастворимых антиоксидантов у растений трех родов семейства Juglandaceae Lindl.

Динамика накопления водорастворимых антиоксидантов в листьях интродуцентов рода Juglans L. (J. cordiformis, J. regia, J. rupestris) показала (рис. 1), что высокий уровень антиоксидантов отмечен в начальный период вегетации и в период цветения – мае месяце, в молодых, быстро растущих листьях с высокой метаболической активностью, а также в осенний период (сентябрь).

мг/г J. cordiformis J. regia J. rupestris Неделя 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 май июнь июль август сентябрь октябрь Месяц Рис. 1. Сезонная динамика содержания водорастворимых антиоксидантов в листьях растений рода Juglans L. в период вегетации Изучение сезонной динамики накопления антиоксидантов в листьях растений двух других родов Pterocarya L. и Carya L. (рис. 2 – 3) показало, что зависимость изменения их содержания повторялась и у представителей рода Juglans L.

C. tomentosa C. cordiform is мг/г мг/г P. pterocarpa P. stenoptera 4 11 13 15 17 19 21 23 Неделя 1 3 5 7 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 Неделя 5 6 7 8 9 10 Месяц 5 6 7 8 9 10 Месяц Рис. 3. Сезонная динамика Рис. 2. Сезонная динамика содержания водорастворимых содержания водорастворимых антиоксидантов в листьях растений антиоксидантов в листьях растений рода Carya L. в период вегетации рода Pterocarya L. в период вегетации Помимо листьев содержание антиоксидантов определялось и в плодах семи видов растений семейства Juglandaceae Lindl. в период их созревания (рис. 4 – 6). Уровень антиоксидантов в исследуемый период практически не менялся у J. regia. Подобные данные были получены и у C. tomentosa и двух видов рода Pterocarya L. Однако уровень антиоксидантов в плодах J. cordiformis и C. сordiformis в период созревания несколько снижался.

Содержание антиоксидантов в плодах было ниже, чем в листьях в этот период.

мг/г J. cordiformis J. regia J. rupestris Неделя 18 19 20 21 22 23 сентябрь октябрь Месяц Рис. 4. Сезонная динамика содержания водорастворимых антиоксидантов в плодах растений рода Juglans L. в период их созревания мг/г C. tomentosa C. cordiformis мг/г P. pterocarpa P. stenoptera 3,5 4, 2,5 3, 2, 1,5 1, 0,5 0, 18 19 20 21 22 23 Неделя 18 19 20 21 22 23 Неделя сентябрь октябрь Месяц сентябрь октябрь Месяц Рис. 5. Сезонная динамика Рис. 6. Сезонная динамика содержания водорастворимых содержания водорастворимых антиоксидантов в плодах растений антиоксидантов в плодах растений рода Pterocarya L. в период их рода Carya L. в период их созревания созревания Анализ содержания водорастворимых антиоксидантов в листьях и созревающих плодах изученных видов растений трех родов: Juglans L., Pterocarya L. и Carya L. в зависимости от интенсивности света и температуры не выявил положительной корреляции. Поскольку в состав водорастворимых антиоксидантов входит большое количество различных соединений, невозможно данный вывод экстраполировать на каждое из них. Так, для аскорбиновой кислоты показан светозависимый характер ее накопления [Чупахина, 1997]. А по данным Ивановой Т.С. у трех видов растений рода Juglans L. в начальный период вегетации (май – июнь), в молодых тканях с высокой метаболической активностью в период активного роста и цветения, был отмечен высокий уровень восстановленной формы аскорбиновой кислоты [Иванова, 2005]. Летний период характеризовался наиболее низким уровнем восстановленной формы аскорбиновой кислоты, что могло быть обусловлено активацией процесса дыхания в период более высоких температур, когда активно используется аскорбиновая кислота [Чупахина, 1997;

Иванова, 2005].

Осенний максимум накопления аскорбиновой кислоты связан с понижением температуры [Иванова, 2005]. Известно, что содержание аскорбиновой кислоты в растениях увеличивается в условиях стресса [Smirnoff,1996;

Чупахина, 1997;

Bartoli et al., 2000;

Blokhina et al., 2002;

Иванова, 2005], поэтому в период пониженных температур (весной и осенью) повышение содержания аскорбиновой кислоты объясняется антистрессовой защитной функцией.

Таким образом, во время начала роста и развития растений семейства Juglandaceae Lindl. происходит активный синтез антиоксидантов, лишь некоторые из которых являются светозависимыми. Однако причиной отсутствия положительной корреляции между уровнем водорастворимых антиоксидантов и интенсивностью света может быть и активное использование в обменных процессах вновь синтезированных на свету антиоксидантов.

Содержание водорастворимых антиоксидантов в листьях проростков ярового ячменя, озимой ржи и в листьях амаранта в онтогенезе Исследование суммарного содержания водорастворимых антиоксидантов в листьях растений семейства Juglandaceae Lindl. показало, что ранние периоды вегетации отмечены повышенным содержанием антиоксидантов. Данный вывод проверялся и для других растений:

определялось суммарное содержание водорастворимых антиоксидантов у ячменя, ржи и амаранта.

Проростки ячменя и ржи выращивали в течение десяти дней, содержание водорастворимых антиоксидантов определялось на 2-ой, 4-ый, 6-ой, 8-ой и 10-ый дни исследования (рис. 7).

Показано, что их содержание в листьях проростков ярового ячменя было максимальным у двух дневных проростков. Через 4 дня вегетации уровень антиоксидантов в листьях резко снизился и оставался практически неизменным до 10-го дня выращивания. Содержание антиоксидантов в листьях проростков ярового ячменя сорта Эльф было выше, чем в листьях ячменя сорта Турингия.

мг/г Ячмень сорт Эльф Ячмень сорт Турингия 4, Рожь сорт Пуховчанка 3, 2, 1, 0, 2 4 6 8 Возраст проростков, дни Рис. 7. Содержание водорастворимых антиоксидантов в проростках ярового ячменя и озимой ржи разного возраста Аналогичные данные получены и для проростков озимой ржи, максимальный уровень антиоксидантов (4,47 мг/г) которых выявлен у двух дневных проростков.

Таким образом, начальные этапы роста проростков ржи и ячменя, также как и растения семейства Juglandaceae Lindl., характеризовались активным синтезом водорастворимых антиоксидантов.

Исследовано содержание водорастворимых антиоксидантов в листьях амаранта в онтогенезе (рис. 8).

Показано, что в листьях амаранта сорта Валентина разного возраста максимальное содержание антиоксидантов отмечено в ювенильном листе (18-ом листе), а минимальное – в листе, закончившем рост (4-ый лист). По мере роста растений в листьях, закончивших свое развитие, уровень антиоксидантов уменьшался, тогда как в молодых листьях наоборот, было отмечено повышение их содержания.

Растение амарант обладает высокой скоростью роста, накопления биомассы, высокой адаптационной способностью к фотострессам и активно функционирует при высокой интенсивности освещения и повышенной УФ – радиации [Covas, 1994;

Кононков и др., 1999;

Гинс М.С., 2002, 2003].

мг/г 4 лист 12 лист 18 лист 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 Неделя июнь июль август сентябрь октябрь Месяц Рис. 8. Содержание водорастворимых антиоксидантов в листьях амаранта в онтогенезе Таким образом, значительные ростовые возможности амаранта можно объяснить тем, что молодые растущие листья отличаются высоким содержанием водорастворимых антиоксидантов.

Сезонная динамика накопления антоциановых пигментов у представителей семейства Juglandaceae Lindl. в период их вегетации в связи с экологическими факторами Проведенные исследования по изучению сезонной динамики накопления антоциановых пигментов в листьях семи видов семейства Juglandaceae Lindl.: Juglans L., Pterocarya L. и Carya L. (рис. 9 – 11) показали, что максимум содержания пигмента приходился на весенне-летний период (конец май – начало июня). Повышенный синтез антоциановых пигментов в этот период может быть обусловлен активацией метаболических процессов в молодых растущих тканях в ходе интенсивного роста растений [Григорянц, 1981;

Woodall,Stewart, 1998;

Масленников, Чупахина, 2001;

Жибоедов и др., 2003;

Зайцева и др., 2003;

Millar et al., 2003;

Иванова, 2005].

В процессе вегетации пул антоциановых пигментов снижался у всех исследуемых видов. Максимальный он был в листьях J. cordiformis.

мкг/г J. cordiformis J. regia J. rupestris 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 Неделя май июнь июль август сентябрь октябрь Месяц Рис. 9. Сезонная динамика накопления антоцианов в листьях растений рода Juglans L.

C. tomentosa C. cordiformis P. pterocarpa P. stenoptera мкг/г мкг/г 1400 200 0 9 11 13 15 17 19 21 23 Неделя 1 3 5 7 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 Неделя 5 6 7 8 9 10 Месяц 5 6 7 8 9 10 Месяц Рис. 10. Сезонная динамика накопления Рис. 11. Сезонная динамика антоциановых пигментов в листьях накопления антоциановых растений рода Pterocarya L. в период пигментов в листьях растений рода вегетации Carya L. в период вегетации Содержание антоцианов у растений разных видов неодинаково и зависит от многих факторов, главным из которых является освещение [Lo, Nicholson, 1998;

Singh et al., 1999;

Burgin et al., 1999;

Масленников, Чупахина, 2001]. Свет индуцирует и стимулирует их накопление [Тохвер, Воскресенская, 1969;

Bohnert, Jensen, 1996;

Иванова, 2005]. Антоциановые пигменты обеспечивают оптимальный светосбор фотосинтетической радиации и препятствуют фотодеструктивным процессам, которые вызывают активный свет и УФ–излучение [Волынец, Прохорчик, 1983;

Запрометов, 1993;

Мерзляк, 1998;

Noctor, Fozer, 1998;

Chalker-Scott, 1999;

Merzlyak et al., 2002;

Millar et al., 2003;

Мерзляк и др., 2003;

Иванова, 2005].

Нами выявлена положительная корреляционная зависимость между интенсивностью света и уровнем антоцианов в листьях (r= 0,71;

r= 0,57;

r= 0,63 для J. cordiformis, J. regia и J. rupestris соответственно;

r= 0,42 для P.

pterocarpa и r= 0,55 для P. stenoptera;

r= 0,51 для C. tomentosa, r= 0,44 для C.

cordiformis). Поглощенная антоцианами лучистая энергия, по-видимому, может использоваться для определенных типов регуляций метаболизма растений и, возможно, в первую очередь в процессах трансформации энергии в биологических мембранах. Усиление электронного транспорта по ЭТЦ фотосинтеза антоцианами может свидетельствовать о том, что данные пигменты в зависимости от ситуации могут выполнять роль эндогенных факторов, способствующих более эффективному использованию света при неблагоприятных внешних условиях [Шахов, 1993;

Масленников, Чупахина, 2001;

Иванова, 2005].

На уровень антоцианов в растениях может оказывать влияние температура [Oren-Shamir, Levi-Nissim, 1997;

Масленников, 2003]. Наши исследования показали, что между температурой окружающей среды и уровнем антоцианов в листьях всех исследованных видов была выявлена обратная корреляционная зависимость (для J. cordiformis r= – 0,52;

для J.

regia r = – 0,39;

для J. rupestris r= – 0,46;

для P. pterocarpa r= – 0,41 для P.

stenoptera r = – 0,61;

для C. tomentosa r= – 0,61, для C. cordiformis r = – 0,47).

Показано, что ядра плодов семи изученных видов семейства Juglandaceae Lindl. содержат антоцианы (рис. 12 – 14), но в меньшем количестве, чем листья. Присутствующие в плодах антоцианы способны участвовать в ингибировании преждевременного прорастания плодов, в повышении их механической прочности и защите плодов от проникновения патогенов извне [Запрометов, 1993;

Иванова, 2005].

мкг/г J. cordiformis J. regia J. rupestris Неделя 18 19 20 21 22 23 сентябрь октябрь Месяц Рис. 12. Сезонная динамика накопления антоцианов в плодах растений рода Juglans L. в период их созревания Уровень антоцианов в плодах родов Pterocarya L. и Carya L.

повторял характер их накопления у представителей рода Juglans L., в которых содержание непластидных пигментов было в 2 раза ниже, чем в листьях в этот период. При этом более высоким содержанием непластидных пигментов было в плодах тех растений, листья которых накапливали больше антоцианов.

мкг/г C. tomentosa C. cordiformis мкг/г P. pterocarpa P. stenoptera 700 500 400 300 200 100 0 23 Неделя 18 19 20 21 22 18 19 20 21 22 23 Неделя сентябрь октябрь Месяц сентябрь октябрь Месяц Рис. 13. Сезонная динамика Рис. 14. Сезонная динамика накопления антоциановых накопления антоциановых пигментов в плодах растений рода пигментов в плодах растений рода Pterocarya L. в период их созревания Carya L. в период их созревания В период созревания плодов содержание антоциановых пигментов у всех исследованных видов менялось незначительно. Между содержанием антоциановых пигментов в листьях и плодах растений исследуемых видов была найдена отрицательная корреляционная связь (r= – 0,56 для J.

cordiformis, r= – 0,32 для J. regia;

r= – 0,34 для P. pterocarpa, r= – 0,41 для P.

stenoptera;

r= – 0,34 для C. tomentosa, r= – 0,41 для C. cordiformis).

Полученные результаты дают возможность предположить, что синтез антоцианов в плодах идет автономно, и не связан с их оттоком в генеративные органы из листьев, тем более, что в плодах имеется достаточное количество углеводов, которые являются субстратом для биосинтеза антоцианов [Григорянц, 1981;

Иванова, 2005].

Сезонная динамика накопления рутина у представителей семейства Juglandaceae Lindl. в связи с экологическими факторами Как известно, рутин в основном накапливается в надземных частях растений. В большинстве работ говорится об эпидермальной локализации флавонолов преимущественно на лицевой поверхности листа [Иванова, 2005], в других – указывается на их обнаружение в мезофилле [Жанаева, 1998;

Жанаева и др., 1999].

Изучение динамики накопления рутина в листьях растений родов Juglans L. (J. cordiformis, J. regia, J. rupestris), Pterocarya L. (P. pterocarpa, P. stenoptera) и Carya L. (C. tomentosa, C. cordiformis) в период их вегетации (рис. 15 – 17) показало, что у всех исследованных видов максимальные значения содержания рутина в листьях были отмечены в начальный период (1-ая – 3-яя недели). Начиная с начала июня произошло снижение уровня рутина, которое продолжалось до конца вегетации. При этом в отдельные недели наблюдались незначительные отклонения от средних значений. Таким образом, среди семи исследованных видов растений семейства Juglandaceae Lindl. максимальный уровень рутина в листьях был отмечен у J. cordiformis.

мкг/г J. cordiformis J. regia J. rupestris 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 Неделя май июнь июль август сентябрь октябрь Месяц Рис. 15. Сезонная динамика накопления рутина в листьях растений рода Juglans L. в период вегетации мкг/г C. tomentosa C. cordiformis P. pterocarpa P. stenoptera мкг/г 10 5 0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 Неделя 9 11 13 15 17 19 21 23 Неделя 1 3 5 5 6 7 8 9 10 Месяц 5 6 7 8 9 10 Месяц Рис. 16. Сезонная динамика Рис.17. Сезонная динамика накопления рутина в листьях растений накопления рутина в листьях растений рода Pterocarya L. в период вегетации рода Carya L. в период вегетации Рутин, наряду с другими флавоноидами может не только связывать, но и восстанавливать или окислять ионы металлов переменной валентности, стимулируя и ингибируя таким образом свободнорадикальные процессы. Он также стабилизирует мембраны, являясь антиоксидантом.

Проникая в гидрофобную область мембран рутин значительно снижает подвижность липидов, что в свою очередь снижает эффективность взаимодействия пероксильных радикалов с новыми липидными молекулами.

Поскольку в большинстве биологических мембран данная стадия цепных процессов ПОЛ является лимитирующей, то таким образом происходит снижение скорости всего процесса окисления [Brown, 1998;

Cheng, 2000;

Rice-Evans,1997;

Жанаева, 1998;

Зогоскина, 2000;

Arora, 2000;

Иванова, 2005].

Согласно нашим данным, максимальный уровень рутина в листьях семи исследованных видов трех родов семейства Juglandaceae Lindl.

отмечался в начале вегетации (в мае), что могло быть обусловлено периодом повышенной метаболической активностью и процессов активного роста растения, а также активным участием рутина в защите фотосинтетического аппарата от разрушающего действия УФ – радиации [Иванова, 2005].

Выявлена положительная корреляционная зависимость со средней степенью сопряженности (r= 0,703;

r= 0,62;

r= 0,63 для J. cordiformis, J. regia и J. rupestris соответственно;

r= 0,51 для P. pterocarpa и r= 0,52 для P.

stenoptera;

r= 0,67 для C. tomentosa и r= 0,65 для C. cordiformis) между интенсивностью света, фиксировавшейся в дни анализов, и содержанием рутина в листьях.

Все плоды семи исследованных видов растений сем. Juglandaceae Lindl. содержали рутин. В период созревания плодов было отмечено снижение содержания рутина в ядрах. Пул рутина в плодах растений в конце вегетации было несколько ниже, чем в листьях в данный период.

J. сordiformis J. regia J. rupestris мкг/г Неделя 18 19 20 21 22 23 сентябрь октябрь Месяц Рис.18. Сезонная динамика накопления рутина в плодах растений рода Juglans L. в период их созревания мкг/г мкг/г P. pterocarpa P. stenoptera C. tomentosa C. cordiformis 12 10 8 6 23 Неделя 23 Неделя 18 19 20 21 18 19 20 21 сентябрь октябрь Месяц сентябрь октябрь Месяц Рис. 19. Сезонная динамика Рис. 20. Сезонная динамика накопления рутина в плодах растений накопления рутина в плодах рода Pterocarya L. в период их растений рода Carya L. в период их созревания созревания Сравнение содержания рутина в листьях и плодах семи исследуемых видов показало, что те виды, в листьях которых было больше рутина, отличались и более высокой Р-витаминной ценностью плодов. Между накоплением рутина в листьях и плодах растений была отмечена положительная корреляция с высокой степенью сопряженности (r= 0,92;

r= 0,81;

для видов J. cordiformis и J. regia соответственно;

r= 0,93 для P.

pterocarpa;

r= 0,69 для P. stenoptera;

r= 0,62 для C. tomentosa;

r= 0,86 для C. cordiformis).

Уровень рутина у изученных видов растений зависел от интенсивности света. Для исследованных видов была выявлена прямая корреляционная зависимость с сильной степенью сопряженности между интенсивностью света и уровнем рутина в плодах (r= 0,82;

r= 0,73;

для видов J. cordiformis и J. regia соответственно;

r= 0,85 для P. pterocarpa;

r= 0,62 для P. stenoptera;

r= 0,61 для C. tomentosa;

r= 0,79 для C. cordiformis).

Это подтверждается данными об активации синтеза рутина под действием УФ – лучей [Колотилова, Глушанков, 1976;

Жанаева, 1998;

Иванова, 2005].

Таким образом, важнейшим фактором, оказывающим воздействие на образование рутина в растительных организмах, является свет.

Поскольку в естественных условиях произрастания на растущее растение одновременно действует множество экологических факторов, то для более детального изучения действия света на уровень водорастворимых антиоксидантов, были выполнены исследования в контролируемых условиях с растениями ярового ячменя двух сортов Эльф и Турингия.

Влияние света на содержание водорастворимых антиоксидантов в проростках ярового ячменя Изучено влияние экологического фактора – света на содержание водорастворимых антиоксидантов в листьях проростков двух сортов ярового ячменя: Эльф и Турингия (рис. 21).

Из рисунка видно, что после 24 часов выдерживания на свету уровень антиоксидантов повысился в листьях обоих исследуемых сортов.

Ячмень сорт Эльф Ячмень сорт Турингия мг/г 1, 0, 0, 0, 0, 5-ти дневные 6-ти дневные 6-ти дневные проростки проростки проростки 24 ч темноты 24 ч темноты 24 ч света Вариант опыта Рис. 21. Влияние света (интенсивность 61х103 Лк) на содержание водорастворимых антиоксидантов в проростках ярового ячменя Итак, нами была показана стимуляция светом низкомолекулярных антиоксидантов у проростков ячменя. Известно, что синтез некоторых антиоксидантов, таких как антоцианов, аскорбиновой кислоты и других соединений, в значительной мере обусловлен влиянием света. Так, процесс антоцианообразования можно разделить на два этапа. Первый – непосредственно не связанный с условиями среды. Он зависит от запаса предшественников антоцианов. Второй этап антоцианообразования имеет место в фотосинтезирующих органах и находится в прямой зависимости от условий среды [Станко, Закман 1964;

Маргна, Халлоп, 1971;

Маргна и др., 1973]. В литературе также имеются сведения о стимуляции синтеза аскорбиновой кислоты при повышении интенсивности света [Чупахина, 1997].

Таким образом, активация светом (интенсивность 61х103 Лк, экспозиция 24 часа) антиоксидантной активности в листьях проростков ярового ячменя сортов Эльф и Турингия может быть связана как минимум с двумя низкомолекулярными антиоксидантами – антоцианами и аскорбиновой кислотой.

Сезонная динамика накопления каротиноидов у представителей семейства Juglandaceae Lindl. в связи с экологическими факторами Динамика накопления жирорастворимых антиоксидантов – каротиноидов в листьях растений трех родов Juglans L. (J. cordiformis, J. regia, J. rupestris), Pterocarya L. (P. pterocarpa, P. stenoptera), Carya L.

(C. tomentosa, C. cordiformis) в период их вегетации показала, что их уровень менялся в значительных пределах, при этом максимальное содержание каротиноидов приходилось на весенний период вегетации, а минимальное – на летний. Это видно на примере сезонной динамики накопления каротиноидов в листьях J. cordiformis (рис. 22).

мкг/г R = 0, 23 Неделя 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 май июнь июль август сентябрь октябрь Месяц Рис. 22. Сезонная динамика накопления каротиноидов в листьях J. cordiformis Каротиноиды – эффективные антиоксиданты, действующие в отношении алкоксильных и перекисных радикалов, синглетного кислорода [Olson, 1992;

Palozza, 1992], NO-радикалов и пероксинитрита [Kikugawa, 1997].

Каротиноиды являются наиболее эффективными природными тушителями синглетного кислорода. О стимулирующем действии положительных температур на синтез каротиноидов указывается в некоторых работах [Гудвин, 1954;

Озолина, Мочалкин, 1972;

Наабер, 1975;

Гире, Зубарева, 1978]. Однако в нашем исследовании положительной корреляционной связи между уровнем каротиноидов в листьях и плодах и температурой окружающей среды выявлено не было.

Показано, что уровень желтых пигментов в плодах растений J. regia к концу вегетации незначительно повысился с 19,45 до 24,41 мкг/г (рис.

23). У растений вида J. rupestris процесс созревания плодов был зафиксирован на 22-ой неделе вегетации. Содержание каротиноидов в них в это время составило 16,43 мкг/г. Уровень каротиноидов в плодах J. cordiformis в период созревания оставался практически неизменным.

мкг/г J. cordiformis J. regia J. rupestris 18 19 20 21 22 23 24 Неделя сентябрь октябрь Месяц Рис.23. Сезонная динамика накопления каротиноидов в плодах растений рода Juglans L.

Накопление желтых пигментов в плодах исследуемых видов растений рода Pterocarya L. показало (рис. 24), что по мере их дозревания уровень каротиноидов у P. pterocarpa практически не изменился, тогда как в плодах у P. stenoptera незначительно снизился. Содержание каротиноидов в плодах двух видов растений рода Carya L. в процессе созревания незначительно повысилось (рис. 25).

C. tomentosa C. cordiformis мкг/г мкг/г P. pterocarpa P. stenoptera 25 18 19 20 21 22 23 24 Неделя 18 19 20 21 22 23Неделя сентябрь октябрь Месяц сентябрь октябрь Месяц Рис.25. Сезонная динамика Рис. 24. Сезонная динамика накопления каротиноидов в плодах накопления каротиноидов в плодах растений рода Pterocarya L. в период растений рода Carya L. в период созревания созревания Таким образом, в листьях растений семи исследованных видов семейства Juglandaceae Lindl. в начале вегетации отмечались высокие показатели содержания каротиноидов, летом происходило снижение их уровня, а в осенний период вновь было выявлено незначительное повышение пула желтых пигментов. Среди семи исследованных видов максимальным пул каротиноидов в листьях был отмечен у J. cordiformis.

В фотосинтетических мембранах каротиноиды выполняют несколько различных функций. Прежде всего, каротиноиды обладают хорошим перекрыванием спектров поглощения со спектрами поглощения хлорофиллов и возможностью эффективной миграции энергии между ними, что обусловлено светособирающей функцией [Мокроносов, Гавриленко, 1992;

Шахов, 1993;

Merzlyak et. al., 1999;

Мерзляк и др., 2003, Иванова, 2005].

Повышенное содержание каротиноидов у J. cordiformis, наряду с высоким уровнем суммарного содержания водорастворимых антиоксидантов, антоцианов и рутина, вероятно обеспечивают повышенную адаптивность этого вида в условиях Калининградской области.

Выводы Проведенное исследование влияния экологических факторов на накопление некоторых антиоксидантов в растениях позволяет сделать следующие основные выводы:

1. Показана положительная корреляция с сильной степенью сопряженности между интенсивностью света и содержанием рутина в листьях, и также между накоплением рутина в листьях и плодах семи исследованных видов растений семейства Juglandaceae Lindl.:

Juglans cordiformis Maxim., Juglans regia L., Juglans rupestris Engelm., Рterocarya pterocarpa (Michx.) Kunth, Рterocarya stenoptera DC., Carya tomentosa (L.) Mutt. (alba Koch C.), Carya cordiformis (Wangh.) Koch C.

2. Свет (интенсивность 61х103 Лк, экспозиция 24 часа) стимулирует накопление низкомолекулярных антиоксидантов в листьях проростков ярового ячменя сортов Эльф и Турингия.

3. Выявлена обратная корреляционная зависимость между температурой окружающей среды и уровнем антоцианов в листьях, а также между содержанием антоциановых пигментов в листьях и плодах у всех исследованных видов семейства Juglandaceae Lindl.

4. Содержание водорастворимых антиоксидантов, антоцианов, рутина и каротиноидов в листьях семи видов растений семейства Juglandaceae Lindl. было максимальным в начале периода вегетации (1 – 3 недели).

5. В листьях амаранта разного возраста максимальное содержание антиоксидантов отмечено в ювенильном листе.

6. Из семи исследованных видов растений семейства Juglandaceae Lindl. максимальное количество водорастворимых антиоксидантов, антоцианов и рутина в листьях было выявлено у наиболее адаптированного к условиям Калининградской области вида – J.

cordiformis.

7. Антиоксидантный статус растений семейства Juglandaceae Lind.

может быть показателем их адаптационных возможностей.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ Опубликованные работы в ведущих рецензируемых журналах, определенных ВАК 1. Горюнова Ю.Д., Чупахина Г.Н. Оптимизация антиоксидантного статуса плодов перца сладкого.// Вестник РГУ им. И. Канта. – 2008. Вып. 1.

Естественные науки. с. 96 – 99.

2. Головина Е.Ю., Горюнова Ю.Д., Чупахина Г.Н. Накопление некоторых антиоксидантов в листьях колосняка песчаного (Leymus arenarius (L.) Hochst) Балтийской и Куршской кос.// Вестник РГУ им. И. Канта. – 2008.

Вып. 7. Естественные науки. с. 25 – 30.

Материалы научных конференций 3. Чупахина Г.Н., Горюнова Ю.Д. Антиоксидантная активность плодов перца.//Материалы VII-ой международной научно-практической конференции «Новые и нетрадиционные растения и перспективы их использования».

Пущино, - 2007. том 2 – с. 344 – 4. Чупахина Г.Н., Горюнова Ю.Д. Влияние загрязнения воздушного бассейна автомобильным транспортом на антиоксидантную активность ели европейской (Picea abies L.).//Проблемы экологии в современном мире: Мат-лы IV Всерос. Internet – конф. (с междунар. Участием) 14 – мая 2007 года. Тамбов, 2007. с. 240-243. ISBN: 978-5-89016-301-1.

5. Yu. Goryunova, G.N. Chupakhina. Antioxidant status of plants.//Abstrakt Book The 11-th International Congress PHYTOPHARM 2007. Leiden, - 2007.

– P.106. ISBN: 978-90-9022003-1.

6. Чупахина Г.Н., Горюнова Ю.Д. Антиоксидантные свойства продуктов растительного происхождения.//Материалы пятой национальной научно практической конференции с международным участием. – Смоленск:

ФГУ» Смоленский ЦНТИ», 2007. – с. 132 – 134. ISBN:978-5-93738-039-5.

7. Иванова Т.С., Горюнова Ю.Д. Антоцианы в листьях и плодах некоторых представителей рода Pterocarya L.// Материалы VIII Международной научно – методической конференции (Мичуринск – наукоград РФ, 8 – июня 2008 г.). – Воронеж: Кварта, 2008. – с. 349 – 350. ISBN: 978-5-89609 106-6.

8. Сhupahina G.N., Goryunova Yu.D., Ivanova T.S. Dynamics of accumulation of antioxidants and vitamin P in leaves and fruits of plants of stem Carya L.

during vegetation.// Abstracts of the Society for Free Radical Reseach European Meeting. Berlin, – 2008. P. 54. ISSN: 1071-5762.

9. Гинс М.С. Чупахина Г.Н., Горюнова Ю.Д. Антиоксидантная активность водных экстрактов листьев амаранта (Amaranthus tricolor L.) // Материалы докладов, сообщений I Международной научно-практической конференции (4 – 6 августа 2008 года). – М., 2008. – Т.2. – с. 83 – 89. ISBN:

978-5-901695-32-6.

Горюнова Юлия Дмитриевна ВЛИЯНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА СОДЕРЖАНИЕ В РАСТЕНИЯХ НЕКОТОРЫХ АНТИОКСИДАНТОВ Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук Подписано в печать 25.12.08. Формат 60х90 1/16.

Бумага для множительных аппаратов. Ризограф. Усл. печ. л. 1,5.

Уч. изд. л. 1,2. Тираж 100 экз. Заказ Издательство РГУ им. И. Канта 236041, г. Калининград, ул. А. Невского,

 




 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.