Сезонные особенности метаболизма нейтральных липидов живых тканей морозоустойчивых древесных видов

СЕЗОННЫЕ ОСОБЕННОСТИ МЕТАБОЛИЗМА НЕЙТРАЛЬНЫХ ЛИПИДОВ ЖИВЫХ ТКАНЕЙ МОРОЗОУСТОЙЧИВЫХ

ДРЕВЕСНЫХ ВИДОВ

Алаудинова Е.В., Миронов П.В.

Results of research of fatty acids composition of buds meristems neutral lipids of Larix Sibirica L. in the winter in a condition low temperature resistance of meristems and in the spring at loss low temperature resistance are introduced. It is shown, that change of a phenological state of a tree at transition from rest to vegetation is accompanied by considerable transformation composition of fatty acids of neutral lipids the living tissues, and change of unsaturation of fatty acids.

Экологическая безопасность среды обитания человека, сохранение биоразнообразия лесных экосистем - острейшие проблемы, для решения которых явно недостаточно внедрения рационального и комплексного использования возобновляемых природных ресурсов, лесовостановления и лесовозобновления. Необходимо продолжать фундаментальные исследования метаболизма лесообразующих древесных видов и влияния абиотических факторов на процессы их жизнедеятельности. В условиях Сибири главный абиотический стрессор, ограничивающий продуктивность, возможность интродукции и распространение растений в регионы с более холодным климатом - зимние отрицательные температуры. Поэтому низкотемпературная устойчивость является не только вопросом факториальной экологии, но и занимает центральное место в агрономии, садоводстве, лесоводстве Сибирского региона.

Лесообразующие хвойные древесные растения Красноярского края - очень морозоустойчивые породы, обладающие высокой эволюционной приспособленностью к действию неблагоприятных температур на межвидовом уровне. В этой связи необходимость изучения метаболизма живых тканей почек хвойных очевидна: почки - наименее защищенные органы дерева, а их живые ткани в условиях суровых сибирских зим наиболее подвержены повреждениям. Низкотемпературная устойчивость живых тканей у растений вырабатывается в результате комплекса структурно-химических изменений клеток. Именно эти изменения чрезвычайно важны и определяют «экологический предел», внутри которого возможно приспособление растений (в том числе хвойных видов) к сезонному понижению температуры окружающей среды. Однако до сегодняшнего дня исследователи не уделяли должного внимания живым (меристематическим) тканям почек хвойных древесных растений.

Настоящая работа посвящена изучению сезонных особенностей метаболизма жирных кислот с 18-ю атомами углерода, преобладающих в составе нейтральной фракции липидов. Объект исследования - меристематические ткани почек лиственницы сибирской (Larix sibirica L.) - одной из основных лесообразующих хвойных пород Красноярского края.

Общую липидную фракцию извлекали смесью растворителей хлороформ-изопропанол в соотношении 1:2 по объему [1,2] в присутствии 1%-го ионола.

Очистку липидов от примесей нелипидной природы проводили гель-фильтрацией через колонку с сефадексом G-25 [3]. Очищенный липидный экстракт упаривали на ротационном вакуумном испарителе (РВИ) при температуре 36-38 °С и разделяли на фракции на хроматографической колонке. В качестве адсорбента использовали силикагель Bio-Sil А 100-200 mech. Колонку c нанесенным липид-ным экстрактом промывали хлороформом. Скорость элюирования составляла около 3 мл/мин. При этом вымывались вещества нейтрального характера (НЛ). Экстракт, содержащий НЛ, упаривали на РВИ при температуре 36-38 °С, растворяли в 1%-ном метанольном растворе NaOH и нагревали на водяной бане при 55 °С в течение 30 минут. Смесь охлаждали, подкисляли 5%-ным метанольным раствором HCl и вновь инкубировали при 55 °С [4]. После охлаждения добавляли 0,5 объема дистиллированной воды и экстрагировали метиловые эфиры жирных кислот (ЖК) гексаном. Гексановый экстракт концентрировали на РВИ, а затем очищали метиловые эфиры жирных кислот методом ТСХ, используя стеклянные пластинки с силикагелем марки КСК Воскресенского химкомбината с размером частиц 100-200 меш. В качестве проявителя применяли бензол. Анализ метиловых эфиров жирных кислот НЛ проводили на газожидкостном хроматографе «Agilent Technologies» фирмы «Хьюлетт-Паккард» (США) с масс-селективным детектором, работающим в режиме электронного удара с регистрацией разделенных компонентов по полному ионному току. Колонка кварцевая капиллярная HP-5MC (длина 30 м, диаметр 0,25 мм, толщина слоя пленки фазы 0,33 мкм); начальная температура термостата колонок 150 °С в изотермическом режиме 3 мин, затем температура термостата колонок увеличивалась со скоростью 20 °С/мин; конечная температура термостата колонок 280 °С; газ-носитель - гелий. Идентификацию жирных кислот осуществляли по масс-спектрам (библиотека масс-спектров NIST 02.L) и индексам удерживания.

Жирнокислотный состав нейтральных липидов

70

60 50 40 30 20 10

ж

IC11 -15 a IC16

IC18

IC20 11020

сентябрь январь май

Рисунок 1- Содержание основных групп ЖК в нейтральных липидах и лино-леновую (С18:3) кислоты. В различные сезоны года их общее содержание изменялось от 50 до 60 % от суммы ЖК

Содержание индивидуальных компонентов этой группы кислот также нестабильно: во вновь сформированных почках преобладала олеиновая кислота, в зимующих почках увеличивалось в первую очередь количество линолевой кислоты, а также линоленовой; олеиновой, напротив, уменьшалось (рисунок 2).

сентябрь январь май

Рисунок 2 - Содержания индивидуальных жирных кислот типа С18

В результате зимой общая сумма ненасыщенных ЖК с 18-ю атомами углерода увеличивалась почти на 20 % от их содержания в сентябре (рисунок 3).

60 -т

сентябрь январь май

Рисунок 3 - Содержание насыщенных, ненасыщенных и полиненасыщенных ЖК типа С 18

Весной в набухших почках вдвое понижался уровень линолевой кислоты, в 1,5 раза - линоленовой, на 10 % увеличивалось количество олеиновой кислоты и на 35 % - стеариновой (рисунок 2). Стеариновая (С18:о) кислота по сравнению с другими ЖК этой группы обнаруживалась в меньшем количестве, однако на протяжении периода исследования прослеживалась устойчивая тенденция роста ее содержания. Наиболее значительно уровень стеариновой кислоты увеличивался в период вегетации, в результате в мае в набухших почках количество стеариновой кислоты на 43 % превосходило количество в сентябре в молодых сформированных почках. В целом сумма ЖК типа С18, составлявшая в зимующих почках более 60 % от общего количества жирных кислот, весной снижалась до 50 % (рисунок 1).

Для нормального функционирования и сохранения жизнеспособности растительным клеткам необходимо достаточное количество ПНЖК (с двумя и более двойными связями). Увеличение количества двойных связей в структуре жирных кислот в условиях низких зимних температур сохраняет молекулярную подвижность кислоты и понижает температуру затвердевания.

Анализ жирнокислотного состава НЛ лиственницы сибирской показал, что с наступлением суровых зимних условий ненасыщенность ЖК возрастала, а весной с повышением температуры окружающей среды - снижалась. В нашем случае количество ПНЖК в зимний период в меристемах почек увеличивалось почти в два раза (рисунок 3). Весной в набухших почках наблюдалось понижение доли ПНЖК и увеличение доли олеиновой кислоты.

Таким образом, в климатических условиях Сибири ненасыщенность жирных кислот нейтральных липидов сильно зависит от условий окружающей среды (главным образом температурных), поскольку в количественных изменениях жирных кислот у лиственницы явно прослеживается определенная сезонная закономерность. Исследование жирнокислотного состава нейтральных липидов зимующих меристем и анализ его трансформирования при переходе к активной вегетации дает основание полагать, что биосинтез ПНЖК в составе липидов является одной из адаптационных стратегий, формирующих высокую морозоустойчивость лиственницы сибирской.

Литература

1. Folch J., Lees M., Stanley G.H. A simple method for isolation and purification of total lipids from animal tissues // J. Biol. Chem. 1957. V. 226. N 1. P. 497-509.

2. Bligh E.G., Dyer W.J. A rapid method of total lipid extraction and purification // Can. J. Biochem. Physiology. 1959. V. 37. P. 911-917.

3. Кейтс М. Техника липидологии. М., 1975. 322 с.

4. Carreau V.P., Dubaeq J.P. Adaptation of a Macro-Scale Method to the Micro-Scale for Fatty Acid Methyl Trans-estherification of Biological Lipid Extracts // J. Chromatogr. V. 151. P. 384-390.