Особенности метаболизма жирных кислот Pinus sylvestris L

Литература

1. Методика фенологических наблюдений в ботанических садах СССР / М.С. Александрова [и др.]. - М.: ГБС АН СССР, 1975. - 28 с.

2. Встовская Т.Н., Коропачинский И.Ю. Древесные растения Центрального сибирского ботанического сада. - Новосибирск: Изд-во СО РАН, филиал «Гео», 2005. - 235 с.

3. Головач А.Г. Лианы, их биология и использование. - Л.: Наука, 1973. - 260 с.

4. Денисов Н.И. К изучению периода покоя деревянистых лиан // Растения в природе и культуре: тр. бо-тан. садов ДВО рАн. - Владивосток: Дальнаука, 2000. - Т. 2. - С. 75-93.

5. Денисов Н.И. Деревянистые лианы российского Дальнего Востока. - Владивосток: Дальнаука, 2003. - 348 с.

6. Древесные растения Главного ботанического сада им. Н.В. Цицина РАН: б0 лет интродукции / отв. ред. А.С. Демидов; Гл. ботан. сад им. Н.В. Цицина. - М.: Наука, 2005. - 596 с.

7. Лапин П.И., Сиднева С.В. Определение перспективности растений для интродукции по данным фенологии // Бюл. ГБС. - 1968. - Вып. 69. - С. 14-21.

8. Лиховид Н.И. Интродукция деревьев и кустарников в Хакасии: в 2 ч. / РАСХН СО. Науч.-исслед. ин-т аграр. пробл. Хакасии. - Новосибирск, 1994. - Ч.2. - 332 с.

9. Плотникова Л.С. Научные основы интродукции и охраны культурных растений флоры СССР. - М.: Наука, 1988. - 264 с.

---------♦'-----------

УДК 630*181.324 Е.В. Алаудинова, П.В. Миронов

ОСОБЕННОСТИ МЕТАБОЛИЗМА ЖИРНЫХ КИСЛОТ PINUS SYLVESTRIS L.

Исследованиями установлена изменчивость состава жирных кислот типа Cis диглицеридной части молекул гликолипидов сосны обыкновенной в ходе годового цикла. Показаны закономерности биосинтеза олеиновой, линолевой и линоленовой кислот посредством оценки изменения сезонной активности ацил-липидных ш9, шв и ш3 десатураз.

Ключевые слова: Pinus sylvestris L., меристемы, гликолипиды, жирные кислоты, активность ацил-липидных десатураз.

E.V. Alaudinova, P.V. Mironov METABOLISM PECULIARITIES OF PINUS SYLVESTRIS L. FATTY ACIDS

Variability of Cis type fatty acids composition of diglyceridic parts of glycolipids molecules of Pinus sylvestris L. during an annual cycle is established. Laws of biosynthesis oleic, linoleic and linolenic acids by means of an estimation of change of seasonal activity of acyl-lipid ш9, ш6 and ш3 desaturases are shown.

Key words: Pinus sylvestris L., meristems, glycolipids, fatty acids, activity of acyl-lipid desaturases.

Красноярский край - один из наиболее богатых лесом регионов Российской Федерации. Более 80 % лесного фонда представлено хвойными (бореальными) лесами. Среди хвойных по богатству видов и занимаемой ими территории выделяется семейство сосновых. Основной объект лесозаготовок - сосна обыкновенная. Экономическое значение сосны определяется, в первую очередь, широким использованием ее древесины. В свою очередь продуктивность ксилогенеза во многом обуславливается деятельностью фотосинте-тического аппарата, обеспечивающего образование первичных продуктов фотосинтеза, преобразующихся впоследствии в высокомолекулярные компоненты древесины.

В Центральной Сибири морфо- и органогенез фотосинтетического аппарата хвойных начинается с закладки почек более чем за десять месяцев до их распускания. Осень, зиму и большую часть весны зачаточные ткани хвои и побегов переносят во внутрипочечном состоянии. Период экстремально низких зимних температур может быть достаточно продолжительным (например, зимой 2009-2010 гг. морозы до 30-40 °С простояли с конца декабря до начала марта, в отдельные дни температура опускалась еще ниже). Актуальность изучения разнообразных аспектов метаболизма живых тканей почек хвойных пород, сохраняющих жизнеспособность в таких условиях, очевидна. Адаптируясь, растения выработали механизмы, позволяющие восстанавливать текучесть мембран живых клеток при снижении температуры окружающей среды путем изменения жирнокислот-

ного состава мембранных липидов. С уверенностью можно сказать, что степень изменчивости данного признака зависит не только от факторов окружающей среды, но и определяется генотипом. Ввиду большого видового разнообразия растений, специфичности каждой растительной ткани сведений по данному вопросу до сих пор недостаточно, а по меристемам почек морозоустойчивых хвойных такие сведения практически отсутствуют, притом, что способность меристем переносить низкие зимние температуры напрямую зависит от липидных компонентов клеточных мембран.

Ранее, исследуя фракционный состав липидов меристем почек и его сезонные изменения у основных лесообразующих хвойных видов, мы обратили внимание на то, что у сосны, по сравнению с лиственницей сибирской и елью сибирской, в зимний период содержание гликолипидов было в четыре раза выше [1]. Доля гликолипидов в липидном матриксе клеточных мембран в состоянии низкотемпературной устойчивости меристем составляла не менее 30 % (или около 4 % от а.с.м. ткани), т.е. у сосны гликолипиды (наравне с фосфолипидами) имеют существенное значение в структурной организации мембран. В этой связи изучение жирнокислотного состава гликолипидов и его изменений при формировании зимней выносливости тканей дерева, а также утрате низкотемпературной устойчивости весной представляется важным. Настоящая работа является продолжением изучения метаболизма меристематических тканей почек основных лесообразующих хвойных пород Центральной Сибири и посвящена исследованию сезонной изменчивости состава жирных кислот типа С18 диглицеридной части молекул гликолипидов сосны обыкновенной, а также выявлению закономерностей их биосинтеза.

Объект и методы исследования

Объект исследования - меристематические ткани почек (зачаточные ткани хвои и побега) сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.). Сбор образцов меристем проводился в различные периоды годового цикла в соответствии с фенологическим состоянием почек (сентябрь, январь, май) с деревьев II-III класса возраста, произрастающих на постоянных пробных площадях на территории Мининского лесничества, как описано в работе [1]. Экстракцию и фракционирование липидов проводили по общепринятым методикам [2]. Жирные кислоты (ЖК) гликолипидов анализировали в виде их метиловых эфиров на газожидкостном хроматографе «Agilent Technologies» фирмы «Хьюлетт-Паккард» (США) с масс-селективным детектором и идентифицировали по масс-спектрам (библиотека масс-спектров NIST 02.L) и индексам удерживания. Приведены результаты средних арифметических значений трех биологических и трех аналитических повторностей. Различия достоверны при 95 % уровне значимости. Активности ацил-липидных ш9, ы6 и ы3 десатураз рассчитывали на основании содержания компонентов жирных кислот типа С18 как описано в работе [3].

Результаты и обсуждение

В структуре ЖК постоянно присутствовали ненасыщенные компоненты - моноеновые, диеновые, триеновые и тетраеновые, составляющие биосинтетические семейства жирных кислот с нормальной структурой и цис-конфигурацией двойных связей (рис. 1).

В зимующих почках максимальным было содержание диеновых ЖК и значительно (на 10 % от их суммы) превышало содержание триеновых; в набухших почках, наоборот, максимально увеличивалось содержание триеновых и снижалось - диеновых. В целом в зимний период общая доля ненасыщенных компонентов увеличивалась; весной - снижалась.

сентябрь январь май

1  2 П3 4 5

Рис. 1. Содержание жирных кислот, % от их суммы:

1 - моноеновые; 2 - диеновые; 3 - триеновые; 4 - тетраеновые; 5 - насыщенные

Анализ содержания ненасыщенных ЖК, различающихся по числу углеродных атомов, показал, что их вклад в структурную организацию гликолипидов неодинаков (рис. 2). Несмотря на то, что кислоты типа С18 в течение периода исследования постоянно доминировали, в составе ненасыщенных ЖК до максимума (96 %) их доля возрастала только весной.

сентябрь январь май

Время отбора проб  1 2 П3

Рис. 2. Содержание основных групп ненасыщенных жирных кислот: 1 - сумма С16 ненасыщенных;

2 - сумма С18 ненасыщенных; 3 - сумма С20 ненасыщенных

Анализируя сезонную динамику содержания индивидуальных соединений ненасыщенных ЖК типа С18, нужно отметить, что уровень олеиновой кислоты в осенне-зимний период был стабилен - около 6 % от суммы ЖК, а весной в набухших почках снижался в 1,6 раза. Изменение содержания линоленовой кислоты имело противоположный характер: с сентября по май (в ходе органогенеза почек) ее количество в составе гликолипидов возрастало от 12 до 34 %. Содержание линолевой кислоты в различные сезоны года изменялось от 16 до 30 %, возрастая до максимума зимой в состоянии низкотемпературной устойчивости меристем и снижаясь весной в набухших почках (табл.). Таким образом, совершенно очевидно, что эта группа ненасыщенных ЖК играет определяющую роль не только в структурной организации гликолипидов, но и в функциональном состоянии клеточных мембран в целом.

Состав жирных кислот с 18 атомами углерода, процент от суммы жирных кислот

Жирная кислота Время отбора проб

сентябрь декабрь май

Стеариновая (Сш) 5,58 3,50 5,93

Олеиновая (С181) 5,65 5,93 3,67

Линолевая (Сш) 25,82 29,78 16,47

Линоленовая (Сш) 11,78 18,42 33,99

SRD 0,50 0,63 0,38

ORD 0,87 0,90 0,91

LRD 0,32 0,38 0,68

Примечание: SRD - стеароил-десатуразное отношение; ORD - олеил-десатуразное отношение; LRD -линолеил-десатуразное отношение.

Известно, что повышение вязкости мембран при снижении температуры сопровождается индукцией экспрессии десатуразных генов, повышающих в клетке уровень ферментов - десатураз [4, 5]. На сегодняшний день наиболее детально изучена экспрессия генов десатураз у цианобактерий [6]. В адаптации высших растений к изменяющимся условиям окружающей среды десатуразы также играют важную роль, поскольку устойчивость растений к низкотемпературному воздействию коррелирует с наличием в структуре мембранных липидов полиненасыщенных ЖК. Роль жирнокислотных десатураз заключается в регуляции текучести липидного бислоя мембран посредством ускорения синтеза полиненасыщенных ЖК в мембранных липидах. Рассматривая текучесть мембран в качестве основного параметра, обеспечивающего их нормальное функционирование при низких зимних температурах, возникает необходимость оценивать активность десатураз. Существует практика косвенной оценки активности этих ферментов на основании состава ЖК липидов. Для выявления закономерностей биосинтеза доминирующей группы ненасыщенных ЖК проведена оценка изменения сезонной активности жирнокислотных ш9, ш6 и ш3 десатураз, катализирующих введение двойных связей в углеводородные цепи олеиновой (С 18:1), линолевой (Сш) и линоленовой (Сш) кислот. Величины стеа-роил- (SRD), олеил- (ORD) и линолеил- (LRD) десатуразных отношений приведены в таблице.

К зиме стеароил- (SRD) десатуразное отношение повышалось до 0,63, следовательно, в состоянии низкотемпературной устойчивости для меристем сосны характерно определенное соотношение количества стеариновой и олеиновой кислот. Изменение соотношения стеариновой и олеиновой кислот в пользу стеариновой, наблюдавшееся в набухших почках, и, соответственно, снижение SRD до 0,38 в данном случае не свидетельствуют о снижении весной активности ш9-ацил-АПБ-десатуразы. Кажущееся противоречие легко объяснимо: в период вегетации в почках возрастала скорость введения третьей двойной связи в линолевую кислоту, поскольку количество линоленовой кислоты увеличивалось до максимума. Одновременно на высоком уровне (0,92) оставалось и олеил- (ORD) десатуразное отношение. Но без высокой активности ацил-АПБ-десатуразы, обеспечивающей субстратом ш3 и ы6 ацил-липидные мембранные десатуразы, последовательно образующие полиненасыщенные ЖК с двумя и тремя связями, процессы дальнейшей десатурации жирных кислот просто невозможны. Поэтому весной снижение величины стеароил- (SRD) десатуразных отношений в первую очередь связано с тем, что образующаяся олеиновая кислота быстро расходовалась на биосинтез высоконенасыщенных жирных кислот с восемнадцатью атомами углерода.

На протяжении всего периода исследования для сосны характерны высокие и относительно стабильные значения олеил- (ORD) десатуразных отношений (0,87-0,91), поскольку сумма линолевой и линолено-вой кислот в различных фенологических фазах развития почек значительно превосходила уровень содержания олеиновой кислоты. В зимний период отмечалось некоторое увеличение ORD. Такая динамика олеил-(ORD) десатуразного отношения показывает, что у сосны, так же как и у других высших растений, гены, кодирующие ш6-ацил-липидную-десатуразу, активируются низкими температурами. Весной в набухших почках показатель несущественно отличался от зимнего значения (разница составляла менее 5 %), то есть активность ы6-ацил-липидной-десатуразы сохранялась на прежнем уровне.

Линолеил- (LRD) десатуразное отношение в осенне-зимний период у сосны было невысоким (0,32-

0,38), что связано со значительно большей долей линолевой кислоты. Существенное изменение линолеил-(LRD) десатуразного отношения происходило весной при набухании почек и формировании молодой хвои. LRD увеличивалось почти в два раза, что свидетельствует об экспрессии генов ы3-ацил-липидной-десатуразы, ответственной за синтез линоленовой кислоты. В результате скорость введения третьей двойной связи в линолевую кислоту возрастала - количество линоленовой кислоты увеличивалось.

Таким образом, исследование индивидуального состава жирных кислот типа С18 гликолипидов, анализ сезонных изменений их содержания показали, что наиболее существенные трансформации в диглицеридной части молекул гликолипидов происходят при смене зимней фенологической фазы развития почек и связаны с переходом дерева от состояния покоя к активной вегетации:

- в состоянии низкотемпературной устойчивости меристем уровень линолевой кислоты в 1,6 раза превышает уровень линоленовой, в 5 раз - олеиновой и составляет около 30 % от суммы жирных кислот. Вероятно, у сосны количество линолевой кислоты в составе гликолипидов является определяющим для формирования криозащищенной структуры мембран;

- у сосны на мембранные механизмы криорезистентности, регулирующие жирнокислотный состав гликолипидов, наиболее существенное влияние оказывает ы6-ацил-липидная десатураза, ответственная за синтез линолевой кислоты. Сравнение величин олеил- (ORD - 0,89) и линолеил- (LRD - 0,38) десатуразных отношений обнаруживает, что в зимний период ы6-ацил-липидная десатураза катализирует введение второй двойной связи в олеиновую кислоту вдвое интенсивнее, чем ы3-ацил-липидная десатураза - третьей двойной связи в линолевую;

- весной у сосны в меристемах почек экспрессия генов ы3-ацил-липидной десатуразы, ответственной за синтез линоленовой кислоты, вызывает увеличение скорости введения третьей двойной связи в линолевую кислоту, в набухших почках линолеил- (LRD) десатуразное отношение увеличивается практически

вдвое. В результате гликолипиды, синтезирующиеся de novo при формировании фотосинтетического аппарата молодой хвои, преимущественно аккумулируют линоленовую кислоту.

Литература

1. Alaudinova E.V., Mironov P.V. ^iT^rative characterctics of Bud Meristems Lipids from Picea obovata and Pinus sylvestris // Chemitry of Natural Compounds. - 2009. - V.45, № 6. - P.792-795.

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

3. Alaudinova E.V., Mironov P.V. Lipids of the Meristems of the Main Coniferous Edificators from Central Siberia under Low-Temperature Adaptation: 2. Features of the Fatty Acid Metabolism of Phospholipids from Winter Meristems of Larix sibirica Ledeb., Picea obovata L., and Pinus sylvestris L. // Russian Journal of Bioorganic Chemistry. - 2010. - V.36, № 7. - P.29-34.

4. Лось Д.А. Десатуразы жирных кислот: Адаптивная экспрессия и принципы регуляции //Физиология растений. - 1997. - Т. 44. - С. 528-540.

5. Лось Д.А. Молекулярные механизмы холодоустойчивости растений // Вестн. РАН. - 2005. - Т. 75. - № 4. -С. 338-345.

6. Alteration of Low-Temperature Susceptibility of the Cyanobacterium Synechococcus sp. PCC7002 by Genetic Manipulation of Membrane Lipid Unsaturation / T. Sakamoto [et al.] // Arch. Microbiol. - 1998. - V. 169. - P. 20-28.

---------♦------------

УДК 631.5.9:581.133:581.193:581.14 А.В. Полномочное

РЕАЛИЗАЦИЯ СОРТОВОГО ПОТЕНЦИАЛА ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЫ С ИСПОЛЬЗОВАЕНИЕМ АГРОЛАНДШАФТОВ В ПРЕДБАЙКАЛЬЕ

Представлены результаты исследований полевой всхожести семян, сохранности растений перед уборкой на различных склонах рельефа пашни в Предбайкалье, проведено разграничение пашни склонов на теплые (вершина и средняя часть южных, и западных склонов) и прохладные участки (средняя часть восточного склона и низины склонов). Предложена технология получения биологически полноценных семян.

Ключевые слова: яровая пшеница, всхожесть, сохранность, пашня, рельеф, Предбайкалье.

A.V. Polnomochnov

REALIZATION OF SPRING WHEAT GRADING POTENTIAL BY MEANS OF AGROLANDSCAPE USE IN PREDBAIKALYE

The research results of seed field germination, plant safety before harvesting on various slopes of the arable land relief in Predbaikalye are given; differentiation of the slope arable land on warm (top and middle part of the southern and western slopes) and cool sites (middle part of the eastern slope and the slope lowlands) is conducted. The technology to receive biologically high-grade seeds is offered.

Key words: spring wheat, germination, safety, arable land, relief, Predbaikalye.

Способность реагировать на условия внешней среды определяют пластичностью семян яровой пшеницы, и чем выше эта способность, тем выше можно получить урожайность [1]. В то же время на формирование урожайности яровой пшеницы существенное влияние оказывают природно-климатические условия. Для Предбайкалья характерно большое разнообразие агроклиматических ситуаций, что обусловлено конти-нентальностью климата, достаточно обширной территорией региона и спецификой его холмистого ландшафта. Это оказывает существенное влияние на формирование здесь биологического качества семян и урожайность возделываемых зерновых культур [2]. Одними наиболее характерными из них являются полевая всхожесть семян, сохранность растений перед уборкой и урожайность зерна.

Цель - определить роль микроклимата рельефа пашни в агроландшафтах пашни при формировании биологических качеств семян мягкой яровой пшеницы, способных в последующем поколении растений сохранить потенциальную урожайность сорта в условиях Предбайкалья.