|
ОСОБЕННОСТИ МЕТАБОЛИЗМА ХЛОРОФИЛЛДЕФЕКТНЫХ ХИМЕР КРАССУЛ Лапшин П.В., Загоскина Н.В.Институт физиологии растений им. К.А. Тимирязева РАН, Москва, Россия, 8(499)9779433, e-mail: phenolic()ippras.ru Хлорофиллдефектные химерные растения могут быть удобной моделью для демонстрации различий в уровне накопления вторичных метаболитов, таких как фенольные соединения, а также пигменты, у тканей, способных синтезировать хлорофилл или лишенных этой возможности. Растение считается химерой, когда в нем совместно присутствуют генетически разнокачественные ткани. Если исключить сознательную прививку одного вида растения на другое, то наиболее частые пути возникновения соматических химер таковы: длительное вегетативное размножение, регенерация растений из культивируемых in vitro тканей, в результате генетических манипуляций, при спонтанном и индуцированном мутагенезе. Химеры, у которых генетические различия заключаются в том, что часть клеток апекальной меристемы побега неспособна синтезировать хлорофилл обычно называют хлорофиллдефектными (ХД) или вариегатными. Такие растения - наиболее хорошо заметный тип химер. Поскольку меристема побега в высокой степени упорядочена и дефектные инициальные клетки сохраняют в ней постоянное положение, они дают начало упорядоченной, обычно симметричной, пестрой окраске листьев (а в ряде случаев также стеблей и цветков). Химерные хлорофиллдефектные сорта растений играют большую роль в декоративном цветоводстве из-за более оригинального внешнего облика по сравнению с нормальными экземплярами этих видов. Суккулентные растения, к которым относится подавляющее большинство представителей семейства Толстянковых (Crassulaceae DC.), имеют приспособительные механизмы, что позволяет им очень экономно использовать воду в процессе жизнедеятельности. Такие растения занимают обычно засушливые местообитания без отрицательных температур в течение года. Основными областями распространения этих растений является Африканский континент и Центральная Америка. Большинство представителей семейства Толстянковых это травянистые многолетние растения, отличающиеся мясистыми листьями с развитой водоносной паренхимой. Благодаря легкости вегетативного размножения, способности легко образовывать межвидовые, а часто и межродовые, гибриды, в ботанических садах и коллекциях распространено большое количество культивируемых сортов, число которых для некоторых родов, таких как Эхеверия (Echeveria DC.) и Крассула (Crassula L.) превышает количество природных видов. Ряд видов семейства Толстянковых, благодаря высокому содержанию флавоноидов, используют в народной и официальной медицине как лекарственные растения, обладающие антимикробным действием. Одна из функций фенольных соединений – защитная, как от действия высокого уровня солнечного облучения, так и от поедания насекомыми или поражения паразитирующими микроорганизмами. Известным механизмом защиты от повреждающего действия избыточной солнечной радиации является синтез флаваноидных пигментов, что является довольно широко распространенным способом защиты у растений вообще и у листовых суккулентов в частности. Целью работы являлось сравнение уровня накопления фенольных соединений и пигментов в тканях листа, содержащих хлорофилл и лишенных его, у хлорофиллдефектных и соответствующих им нормальных растений рода Крассула (Crassula L.). Ранее нами было показано, что представители рода Крассула характеризуются широким разбросом по содержанию фенольных соединений: у части видов этот показатель очень высокий (80-90 мкг/г сырой массы), а у некоторых очень низкий (3-5 мкг/г). Разница между максимальным и минимальным уровнем составляет более 10 раз. Объекты. Для исследования использовали сорта, у которых имелись пары: нормальное растение и его химера (с лишенными хлорофилла краями листьев, т.е. f. marginata), и у которых можно было уверенно изолировать бесхлорофилльные фрагменты листьев и сравнить их по содержанию вторичных метаболитов с соответствующими частями листовой пластики нормальных эеземпляров этих видов. В настоящей работе мы приводим результаты анализа 3 пар таких растений из рода Крассула. Это Crassula sarmentosa Harv. и ее пестрый сорт с отсутствием зеленого пигмента по краям листьев и, частично, на стебле, Crassula ovata Lamarck var. obliqua и ее химеру с несимметричным расположением полос (сорт Tricolor), Crassula pellucida Jacq. var. rubra и одну из двух ее хлорофиллдефектных форм: с отсутствием хлорофилла по краям листьев. Растения содержали при максимально доступном уровне естественного солнечного облучения, проникающего через тепличное стекло 3 мм толщиной, в фитотроне Института физиологии растений им. К.А.Тимирязева РАН (Москва). Время сбора материала – весенний период. Эксплант (фрагменты свежих листьев из средней части побегов взрослых вегетирующих растений) экстрагировали 96%-ным этанолом. Содержание антоцианов, хлорофилла и каротиноидов определяли на спектрофотометрическим методом при определенных длинах волн. Содержание суммы растворимых фенольных соединений - с реактивом Фолина-Дениса при 725 нм, флаваны - по реакции с 1% ванилином в 70% серной кислоте при 500 нм, флавоноиды - с хлористым алюминием при 415 нм, проантоцианидины - с 5% раствором конц. соляной кислоты в N-бутаноле при 550 нм. Результаты. Ранее, при скрининге разных видов рода Крассула со содержанию растворимых фенольных соединений было отмечено, что хлорофилл-дефектные химеры показывают пониженное количество фенольных соединений по сравнению с нормальными экземплярами этих видов. Из 8 таких пар 6 показали проявили такую тенденцию. В настоящей работе провели более углубленный анализ трех из этих пар по содержанию разных классов фенольных соединений в частях листа, синтезирующих хлорофилл и лишенных этой способности. Результаты представлены в табл. 1. Как следует из полученных данных, содержание фенольных соединений: у C. ovata и С. pellucida в лишенных хлорофилла участках было в 2 раза меньше, чем в зеленых, а у химеры С. sarmentosa такое же снижение этого показателя было отмечено в средней (зеленой) части листовой пластинки, тоже самое наблюдали и у С. pellucida, в то время как у химеры C. ovata зеленая середина накапливала в 1,5 раза больше фенольных соединений, чем нормальный лист. Таблица 1
* пробы с визуально бесхлорофилльных участков листа.
Суммарное содержание хлорофилла - наиболее яркий критерий, по которому и отбирались пробы, конечно же, количественное содержание между нормальными и светлыми фрагментами отличается примерно в 20 раз. В тоже время, у зеленых участков листа соответствующих пар наблюдается разброс в зависимости от вида: у С. sarmentosa содержание хлорофилла в средней (зеленой) части листовой пластики у нормальных листьев и листьев химерных растений примерно одинаково, у C. ovata у химеры содержание хлорофилла также в 2 раза ниже, чем у нормального растения, у С. pellucida же содержание хлорофилла в середине химерного листа существенно выше, чем у нормального листа этого вида. По антоцианам зеленая часть листа как нормальных, так и химерных форм мало различались. В лишенных хлорофилла участках листовой пластинки у всех трех видов содержание этих соединений было в 2-4 раза меньше, чем у их нормальных пар. Каротиноиды присутствовали в листьях исследованных генотипов в очень малых количествах, но во всех трех случаях визуально белые фрагменты практически не содержали этих веществ, в отличие от остальных проб. Проантоцианидины у "белых" вариантов во всех случаях наблюдали заметное снижение накопления этих веществ: у С. sarmentosa снижение было на 20%, у С. pellucida на 40%, а у C. ovata в 4 раза. У "зеленых" вариантов химер также наблюдали заметное снижение у тех же видов, но у С. sarmentosa такого снижения отмечено не было. По содержанию флаваноидов и флаванов не отмечено единой тенденции: изученные генотипы по-разному накапливают эти соединения. Все это свидетельствует о том, что хлорофиллдефектные и соответствующие им нормальные растения рода Крассула (Crassula L.) отличаются не только по морфо-физиологическим характеристикам, но и по способности к синтезу различных соединений фенольного метаболизма. ЛИТЕРАТУРА | Внимание! Эта статья опубликована, на нее можно ссылаться при написании научных работ. Ссылка на эту публикацию выглядит так: Лапшин П.В., Загоскина Н.В. Особенности метаболизма хлорофиллдефектных химер крассул. В сб.статей по материалам III Всероссийской научно-практической конференции "Биотехнология как инструмент сохранения биоразнообразия растительного мира". Волгоград: Изд-во AVATARS, 2010, С. 80-84. Иллюстрации к этой статье:
Crassula sarmentosa f. variegata
Crassula pellucida var. rubra f. variegata
Crassula ovata var. obliqua f. variegata | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(с) Авторские права: перепечатка и копирование материалов разрешена без ограничений с простановкой ссылок на авторов и издание, где опубликован материал.
Copyrights: Non commercial using of these materials is permitted with obligatory informing of the authors and linking to the source.