Биосинтез антоцианов в зеленых и альбиносных листьях ячменя обыкновенного
Биосинтез антоцианов в зеленых и альбиносных листьях ячменя обыкновенного
Биосинтез антоцианов в зеленых и альбиносных листьях
ячменя обыкновенного
Г.Н. Чупахина, П.В. Масленников
Проведено
исследование накопления антоциановых пигментов, хлорофилла и каротиноидов в
листьях зеленых и альбиносных проростков ячменя обыкновенного, экспонируемых
при различных световых режимах и субстратах. Показано, что увеличение
интенсивности света вызывает усиление накопления антоцианов как в зеленых, так
и в альбиносных листьях ячменя, но в меньшей степени, что может отражать
частичную зависимость биосинтеза антоцианов от накопления хлорофилла, уровень
которого уменьшается при увеличении интенсивности света или в результате
действия ингибитора биосинтеза зеленых пигментов – стрептомицина.
Антоцианы
– пигменты из группы водно-растворимых флавоноидов, содержащихся в клеточном
соке цветов, плодов и листьев растений, окрашивающих их в красный, фиолетовый,
голубой цвета и их различные сочетания [1].
Синтезируются
данные соединения в цитоплазме и депонируются в клеточные вакуоли при помощи
глутатионовой помпы [2]. Антоцианы обнаружены в специальных везикулах –
антоцианопластах, хлоропластах, а также в кристаллическом виде в плазме
некоторых видов лука и клеточном соке плодов апельсина [3].
Общеизвестный
факт активации биосинтеза антоцианов у растений в стрессовых условиях еще не
получил глубокого физиолого-биохимического обоснования. Возможно, что антоцианы
не несут никакой функциональной нагрузки, а синтезируются как конечный продукт
насыщенного флавоноидного пути, получившего вакуолярное ответвление с целью
конечного депонирования ненужных растению фенольных соединений.
С
другой стороны, антоциановая индукция, вызванная определенными факторами
окружающей среды [4], а также предсказуемость появления антоцианинов из года в
год в периоды специфических этапов развития листа, их яркая выраженность в
особых экологических нишах [5], возможно, способствуют адаптации растительных
организмов к тем или иным стрессовым условиям.
В
обычных условиях биосинтез антоцианов и зеленых пигментов идет более или менее
параллельно, о чем может свидетельствовать сходный характер накопления этих
веществ в растениях при воздействии светом на разных этапах развития [6].
Данные
о характере накопления антоциановых пигментов в условиях ингибирования
биосинтеза основных фотосинтетических пигментов отсутствуют.
В
связи с этим целью данной работы явилось изучение биосинтеза антоциановых
пигментов в альбиносных и зеленых проростках ячменя. Исследовалось влияние
света различной интенсивности на накопление данных пигментов.
Для
реализации данной цели нами изучалось содержание антоцианинов, хлорофилла а,
хлорофилла b, каротиноидов в зеленых и альбиносных листьях ячменя
обыкновенного.
Кроме
этого изучалось влияние возможного субстрата биосинтеза антоцианов на их
накопление в условиях различного освещения.
Объекты и методы исследования
В
качестве объекта исследования использовали 6 – 20-дневные зеленые
проростки ячменя обыкновенного (Hordeum vulgare L.) сорта Роланд, а также
альбиносные проростки, полученные из семян предварительно обработанных
0,25%-ным раствором стрептомицина, первые листья которых в нижней части (2/3
листа) не синтезировали зеленых пигментов [7]. Растения выращивались при
постоянном освещении светом люминесцентных ламп ЛБУ-30 в установке ТКШ-1 Флора,
при интенсивности света 5 Дж/м2×с, при 18 – 22 °С.
Для
анализа пигментов у альбиносных проростков использовали непигментированную
часть, а у зеленых – соответствующий ей нижний участок листа. Срезанные участки
листьев основаниями помещались в воду или в 1%-ный раствор глюкозы (альбиносы)
и освещались полихроматическим светом различной интенсивности (5 – 25 Дж/м2×с)
в течение 48 часов, контрольные – находились в темноте.
Перед
опытом растения выдерживались в темноте в течение 24 часов. По истечении
времени освещения исследуемых листьев растений определялся уровень антоцианов
[8], хлорофилла и каротиноидов спектрофотометрическим методом [9].
Полученные
данные обработаны статистически. На рисунках представлены средние арифметические
значения из 3 – 6 независимых экспериментов, каждый из которых проведен в
трехкратной биологической повторности, их средние квадратичные отклонения, а
также кривые аппроксимаций графиков прямых функциональных зависимостей данных
величин, их уравнения и величины достоверности аппроксимаций (R^2).
Результаты и обсуждение
Данные,
полученные в экспериментах с использованием альбиносных и зеленых растений,
показывают, что ингибирование биосинтеза основных фотосинтетических пигментов
не затрагивает биосинтез антоцианов в первые дни культивирования (6 – 10 дней).
Показано одновременное снижение содержания антоцианов как в альбиносных, так и
в зеленых проростках ячменя обыкновенного. В дальнейшем, начиная с 10 – 12-го
дня, разница в содержании антоцианов у различно пигментированных растений
становилась более заметной и статистически достоверной, достигая максимума к
20-му дню.
Обнаружено
более резкое снижение содержания антоцианинов в альбиносных проростках по сравнению
с зелеными аналогами: содержание данных пигментов в зеленых листьях ячменя
обыкновенного превосходило в 2,9 раза аналогичный уровень в альбиносах (рис.
1).