Динамика содержания стеринов в анатомических частях березы бородавчатой

12. Омельченко Л.В. Особенности распределения муравьев лесной зоны Западно-Сибирской равнины // Сибир. экол. журн. - 1996. - № 3-4. - С. 227-237.

13. Пантелеева С.Н. Взаимодействие муравьев и ногохвосток как охотников и массовой добычи: авто-реф. дис. ... канд. биол. наук. - Новосибирск, 2004. - 22 с.

14. Путятина Т.С. Выбор стратегии фуражировки как механизм сосуществования видов Myrmica (Hyme-noptera, Formicidae) в многовидовой ассоциации муравьев // Зоол. журн. - Т. 86. - № 6. - С. 701-708.

15. Резникова Ж.И. Межвидовые отношения муравьев. - Новосибирск: Наука, 1983. - 206 с.

16. Сейма Ф.А. Структура населения муравьев тайги. - Пермь, 2008. - 166 с.

17. Стариков В.П., Старикова Т.М. Динамика населения мелких млекопитающих окрестностей города Сургута // Западная Сибирь: прошлое, настоящее и будущее: сб. науч. ст. - Сургут: Диорит, 2004. -С. 207-210.

18. Строков В.В. Взаимоотношения муравьев рода Формика с мелкими позвоночными леса // Мат-лы симп. по использованию муравьев для борьбы с вредителями сельского и лесного хоз-ва. - М., 1963. - С. 23.

19. Юдин Б.С. Биологические особенности сибирского крота (Asiosculops altaica Nikolsky, 1883) // Изв. СО АН СССР. - 1972. - Вып. 2. - № 10. - С. 64-74.

20. Howarrd W.E., Broc, E.M. A. drift-fence pit trap that preserves captured rodents // J. Mammal. - 1961. -Vol. 42. - № 3. - P. 386-391.

----------♦'----------

УДК 634.0.813 А.Н. Девятловская, Л.Н. Журавлёва

ДИНАМИКА СОДЕРЖАНИЯ СТЕРИНОВ В АНАТОМИЧЕСКИХ ЧАСТЯХ БЕРЕЗЫ БОРОДАВЧАТОЙ

Исследованиями авторов установлена годичная динамика содержания свободных и связанных стери-нов в анатомических частях березы бородавчатой. Определено содержание и состав жирных кислот связанных стеринов в побегах в ходе годового цикла. Изучено содержание стеринов в листьях в период вегетации.

Ключевые слова: побеги, стерины, гликолипиды, годовой цикл, жирные кислоты.

A.N. Devyatlovskaya, L.N. Zhuravlyova STEROL AVAILABILITY DYNAMICS IN THE COMMON BIRCH ANATOMIC PARTS

Year dynamics of the free and fixed sterol availability in the common birch anatomic parts is determined by the author’s research. The content and structure of the fixed sterol fatty acids in the shoots during an annual cycle is determined. The sterol availability in leaves in vegetation is studied.

Key words: shoots, sterols, glycolipids, year cycle, fatty acids.

Стерины присутствуют во всех растительных клетках, принимая участие в построении их мембран [1]. Они найдены, главным образом, в цитоплазматических мембранах, а также в мембранах хлоропластов и митохондрий [2]. Стерины в растениях могут присутствовать как в свободном, так и в связанном, виде в форме эфиров, гликозидов и ацилированных гликозидов стеринов [2]. Природные стерины имеют заместители - группу ОН и две группы СН3 в положениях (3, 10, 13) остова стерана, а также длинную алифатическую цепь в положении (17).

Автор работы [3] считает, что свободные стерины являются предшественниками в биосинтезе основных типов физиологически активных стероидных молекул. С другой стороны, было показано [4], что стерины локализуются во внутриклеточных органеллах и их взаимодействие с фосфолипидами стабилизирует мем-

браны и контролирует их проницаемость. Отмечается, что разветвление боковой цепи при С-17 уменьшает, а появление п-связей увеличивает эффективность стериновой молекулы, как стабилизатора мембран.

Сложные эфиры стеринов с жирными кислотами также локализуются во внутриклеточных органеллах [5], но они не выступают в качестве стабилизатора мембран [6]. Показано, что эти соединения регулируют уровень как свободных стеринов, так и незаменимых жирных кислот, в различные периоды онтогенеза, запасают и в необходимый момент выделяют эти соединения, а, кроме того, связывают неактивные стерины [6].

Важнейшими представителями растительных стеринов являются: ситостерин, стигмастерин, кампестерин, брассикастерин и их эфиры.

Ситостерин Стигмастерин

Среди большого разнообразия растений широко изучены стерины цитрусовых. В работах Л.Ш. Туши-швили и др. [7] изучен стериновый состав мякоти трёх видов цитрусовых - грейпфрута, апельсина и мандарина. Во всех образцах обнаружены свободные, гликолизированные и этерифицированные стерины. Показано, что в составе стеринов цитрусовых присутствуют 4-дезметилстерины, 4а-метилстерины и 4,4-диметилстерины, в том числе холестерин, кампестерин, стигмастерин и ситостерин. По количеству сте-риновых форм мякоти различных видов цитрусовых отличаются незначительно: 0,060-0,010 мг % - для мандарина; 0,065-0,010 - для грейпфрута; 0,050-0,008 мг % - для апельсина.

Цель работы - изучение содержания стеринов в анатомических частях берёзы и определение состава жирных кислот связанных стеринов в побегах в ходе годового цикла.

Материалы и методы исследований. Объектом исследований служили различные ткани березы бородавчатой (Betula verrucosa), произрастающие на территории Енисейского района Красноярского края. Биологический материал отбирали из средних ярусов, произрастающих на одном участке в одинаковых условиях.

Состав стеринов заметно меняется в зависимости от вида растения, его возраста, времени года, температуры и других факторов. Проведение данных исследований было невозможно без установления представительности проб, которые бы обеспечивали необходимую достоверность полученных результатов. Так как содержание стеринов в древесной зелени небольшое, были взяты пробы с З0-ти деревьев березы бородавчатой (Betula verrucosa). С помощью методов математической статистики были определены статистические характеристики содержания стеринов в побегах и рассчитан размер выборки. Из полученных данных следует, чтобы с вероятностью 95% определить содержание стеринов в побегах Betula verrucosa, произрастающих в одинаковых условиях, отклоняющихся от среднего значения не более, чем на 5%, необходимо исследовать не менее 2З деревьев.

Свободные стерины и эфиры стеринов выделяли из нейтральных липидов методом тонкослойной хроматографии на силикагеле в системе растворителей гексан-диэтиловый эфир-уксусная кислота (85:15:1). Хроматограмму обрабатывали специфическими обнаружителями (концентрированная серная кислота - ледяная уксусная кислота 1:1) и нагревали при температуре 80°С. Адсорбирование вещества элюировали с поверхности силикагеля диэтиловым эфиром. Чистоту полученных веществ определяли методом микротон-кослойной хроматографии [8].

Пользуясь методом Златкиса-Зака, к пробе прибавляли раствор гексагидрата хлорида железа (III) в уксусной кислоте. Смесь выдерживали З0 мин при комнатной температуре для развития окраски.

Выделение гликолипидов стеринов для анализа осуществляли с помощью метода тонкослойной хроматографии. Исследуемый экстракт гликолипидов подвергался двумерной хроматографии. Для хроматографического разделения гликолипидов использовали следующие системы: 1-е направление - ацетон-толуол-уксусная кислота-вода (60:60:2:1); 2-е направление - хлороформ-ацетон-метанол-уксусная кислота-вода (6:8:2:2:1). В качестве специфических обнаружителей использовали а-нафтол.

Результаты исследований и их обсуждение. Приведены сравнительные исследования стеринов различных анатомических частей березы бородавчатой, установлено влияние фенологического состояния дерева на их содержание и состав.

Стерины присутствуют в растениях в свободном и связанном состоянии в виде эфиров и гликозидов. Поэтому в настоящих исследованиях дана количественная оценка этих групп (рис. 1).

0,05

123456789 10 11 12

Месяцы

Свободные стерины  Связанные стерины

Рис.1. Динамика изменения содержания свободных и связанных стеринов в побегах березы бородавчатой

Полученные результаты свидетельствуют, что содержание свободных стеринов в побегах березы бородавчатой изменяется в интервалах 0,019-0,048%. Количество связанных стеринов также меняется в течение годового цикла и составляет 0,018-0,008%.

С наступлением периода покоя содержание стеринов в побегах увеличивалось, достигая максимальной величины в январе во время наиболее низких температур. В марте общее содержание стеринов в побегах уменьшалось по сравнению с их уровнем в материале, собранном в январе. Начиная с сентября, понижение температуры воздуха приводило к заметному увеличению содержания стеринов в побегах.

Характер годовой динамики содержания эфиров стеринов и их гликозидов в побегах березы бородавчатой (Betula verrucosa) схож с динамикой свободных стеринов, наблюдается повышение их содержания в зимнее время года и снижение их количества в летний период.

Уравнение регрессии содержания свободных стеринов в побегах березы в течение годового цикла имеет вид:

у(х) = 0,0671 - 0,0234  х + 0,0012  х2.

Уравнения регрессии связанных стеринов и их гликозидов в побегах березы бородавчатой в течение годового цикла представлены следующими формулами:

у(х) = 0,02831 - 0,0071  х + 0,0006  х2; у(х) = 0,03412 - 0,0093  х + 0,0008  х2.

Анализ стеринов листьев березы бородавчатой в процессе активной вегетации растений показал, что в период с мая по сентябрь содержание стеринов подвергалось сильным изменениям. Максимальное накопление этих веществ было отмечено в июле в период созревания. В августе в листьях нашли значительно меньше стеринов, чем в июле (рис. 2). Дальнейшее падение уровня свободных стеринов можно объяснить продолжающимся процессом их связывания с фосфолипидами.

Период вегетации, мес.

-♦-Свободные стерины Связанные стерины

Рис. 2. Динамика содержания свободных и связанных стеринов в листьях березы бородавчатой

По данным работы [9], содержание всех связанных форм стеринов в листе составляет немногим более 1/3 суммы стеринов. Исходя из постулата о свободных стеринах, как биологических предшественниках эфиров стеринов [10], можно предполагать, что некоторая часть свободных стеринов постоянно переходит в связанную форму.

Состав жирных кислот связанных стеринов побегов (как эфиров стеринов, так и гликозидов стеринов) устанавливали методом хроматографии. Эфиры стеринов растворяли в этаноле с добавлением раствора гидрата окиси калия и кипятили в течение 90 мин. К охлаждённому гидролизату добавляли раствор соляной кислоты. Жирные кислоты исчерпывающе экстрагировали диэтиловым эфиром, а затем метилировали диазометанолом.

Жирнокислотный состав в побегах анализировался в течение года. Результаты хроматограмм представлены в таблице.

Состав кислот эфиров и гликозидов стеринов побегов березы бородавчатой (Betula verrucosa),

% к сумме кислот

Январь Ап рель Июль Октябрь

Наименование кислоты Эфиры ы д и з 0 к и л 1 Эфиры ы д и з 0 к и л 1 Эфиры ы д и з 0 к и л 1 Эфиры Гликозиды

Лауриновая 0,49 0,72 0,12 1,94 0,10 0,55 0,29 0,70

Миристиновая 0,15 0,63 0,21 1,03 0,12 0.40 0,20 0,35

Пальмитиновая 13,42 12,1 15,35 15,07 18,61 17,02 13,84 14,90

Пальмиолеиновая 2,61 8,39 3,13 5,83 2,31 4,3 1,38 3,76

Стеариновая 12,14 8,12 18,37 9,81 17,23 9,03 12,89 8,29

Олеиновая 11,01 18,31 12,92 16,02 14,43 14,55 13,51 19,35

Линолевая 14,13 13,35 12,31 13,21 12,41 11,58 16,42 14,07

Линоленовая 34,14 30,13 25,23 30,11 21,40 26,89 34,30 30,26

Арахиновая 1,84 0,94 9.22 3,90 7,96 6,20 2,01 1,47

Бегеновая 0,53 0,20 0,88 0,69 0,45 0,95 0,41 0,15

Лигноцериновая 0,47 0,36 0,74 0,60 0,51 0,34 0,32 0,31

Неидентифицировано 9,07 6,75 3,52 1,79 4,47 8,20 4,43 6,39

Сумма предельных кислот 29,04 23,07 42,89 33,04 44,98 34,49 29,96 26,17

Сумма непредельных кислот 61,89 70,18 53,59 6,17 50,55 57,31 65,61 67,44

Основную долю кислот эфиров стеринов и гликозидов стеринов побегов составляют непредельные кислоты. Из полученных данных видно, что количественное соотношение предельных и непредельных кислот в ходе вегетации изменяется незначительно. Среди предельных кислот преобладают пальмитиновая и стеариновая кислоты с максимумом в весенне-летний период. Для побегов содержание непредельных кислот повышено в осенне-зимний период. По степени убывания непредельные кислоты эфиров у березы бородавчатой располагаются в следующем порядке: линоленовая, линолевая и олеиновая.

Исследование биогенеза стеринов и анализ их компонентного состава в отдельных органах растений и органеллах клеток показали значение этих соединений в обмене веществ и их влияние на степень проницаемости клеточных мембран. Морозоустойчивость растений связана с повышением содержания стеринов в их мембранах, что способствует стабилизации мембран, снижает их уязвимость к неблагоприятным воздействиям низких температур и, в конечном итоге, способствует выживанию растений в этих неблагоприятных условиях окружающей среды.

Выводы

Таким образом, содержание стеринов различно в анатомических частях березы бородавчатой (Betula verrucosa) и зависит от фенологического состояния дерева. Эфиры стеринов и гликозиды стеринов содержат в своём составе предельные и непредельные кислоты, содержание которых изменяется в течение года. Стерины листьев в процессе активной вегетации растений подвергались сильным изменениям с уменьшением их количества в фазе опадения.

Литература

1. Кейтс М. Техника липидологии. - М.: Мир, 1975. - 322 с.

2. Grunwald C. Sterol distribustion in intracellulaz oraganelles isolated from tobacco leaves // Plant Physiol. -1970. - Vol. 45. - № 4. - P. 663.

3. Heftmann E. Ysopentenoids in plant // Ed. Nees W. etc. - N.Y.; Basel, 1984. - P. 487.

4. Heftmann E. Function of sterols in plants / E Heftmann // Lipids. - 1971. - Vol. 6. - P. 128-134.

5. Kimland B., Norin T. Wood extractives of Common Spruce/ Picea abies (L.) Karst // Svenek Pepperstid. -1972. - Vol. 75. - P. 403-409.

6. Grunwald C. Quantitative analysis of free phytosterols by gas chromatography ising stationary phase ov 101 // Anal. Biochem. - 1970. - Vol. 34. - P. 16-23.

7. Тушишвили Л.Ш., Сулаберидзе К.В. Динамика содержания стеринов в листьях цитрусовых в период покоя // Сообщения АН ГССР. - 1986. - Т. 123. - № 2. - С. 401-404.

8. Герёг Ш. Количественный анализ стероидов. - М.: Мир, 1985. - 504 с.

9. Grunwald C. Functions of sterols // Phil. Trans. Roy. Soc. Lond. -1978. - Vol. 284. - № 1002. - P. 541.

10. Гудвин Т., Мерсер Э. Введение в биохимию растений. - М.: Мир, 1986. - Т. 2. - 140 с.

---------♦'------------