Томский государственный университет (г. Томск)
Эта статья опубликована сборнике научных трудов "Проблемы и перспективы современной науки" с материалами Четвертой Международной Телеконференции "Фундаментальные науки и практика" - Том 3 - №1. - Томск - 2011.
Введение
Аскорбиновая кислота (АК) играет важную роль в процессах роста и развития растений. Она способствует росту клеток путем растяжения клеточных стенок, участвует в делении клеток, обеспечивая более быстрое прорастание семян, активируя рост гипокотиля и корней проростков, влияет на процессы перехода растения в фазу цветения [1]. АК служит важным антиоксидантом, влияя на окислительно-восстановительный статус клеток растений, защищает растения от окислительного стресса, вызванного факторами окружающей среды [1]. Концентрация АК может меняться в зависимости от возраста растения и его органов, так, например, содержание АК в листьях снижается по мере их старения [2]. Синтез и накопление АК в растениях зависит от важного фактора среды обитания – света, и, прежде всего, его интенсивности [3–4]. При низкой интенсивности света наблюдается снижение активности фермента L-GalLDH, вовлеченного в синтез АК, а, следовательно, и уменьшение содержания АК в листе. В то время как при высокой интенсивности света увеличивается способность листьев синтезировать, восстанавливать, и накапливать АК.
Менее изучено влияние селективного света и микроэлементов на уровень АК в растении. Большой интерес представляет селен. Этот микроэлемент, включаясь в структуру ферментов, может участвовать в окислительно-восстановительных реакциях. В связи с этим целью нашей работы было исследование действия селенита натрия на содержание аскорбиновой кислоты в зависимости от его концентрации на свету разного спектрального состава.
Объект и методы исследований
Объектом исследований служили растения яровой пшеницы Triticum aestivum L. сорта Иргина. Растения культивировали в условиях гидропоники на 10%-ной питательной среде Кнопа, содержащей селенит натрия в диапазоне концентраций от 0,001 до 1,0 мг/л. Согласно результатам предварительных исследований оптимальной для растяжения листовой поверхности и накопления сухой биомассы двудольных растений на белом свету служила концентрация 1,2 мг/л селенита натрия [5]. В качестве стандартного образца селена использовали селенит натрия (“Sigma”, США).
Контролем служили растения T. aestivum L., выросшие на свету, обогащенном синей и красной областью спектра ФАР, полученной соответственно от ламп TL-D 18W/18 и TL-D 36W/15 фирмы Philips в сочетании с белыми люминесцентными лампами TL-D 36W/54-765. Спектральный состав и интенсивность света измеряли с помощью спектрометра Ava-Spec 20-48-2 (фирма “Avantes”, Голландия). Свет выравнивали по падающим квантам 240 мкмоль квантов/м2с, фотопериод составил 16 ч. Опытом служили растения, выросшие при тех же световых условиях на питательной среде с добавлением разных концентраций соли селенита натрия.
По достижении 20-дневного возраста растений пшеницы из листьев 3-х ярусов экстрагировали аскорбиновую кислоту, содержание которой в растениях определяли с помощью метода [6].
На графике приведены средние арифметические и их стандартные ошибки.
Результаты и обсуждение
В результате анализа полученных данных было установлено, что селен в форме селенит-иона оказывал стимулирующее действие на образование АК в листьях в широком диапазоне концентраций от 0,001 до 1,0 мг/л (рис. 1). В более ранних наших исследованиях показано, что селенит натрия увеличивал содержание биологически активных веществ (каротиноидов, кумаринов и флавоноидов) при других способах введения микроэлемента [7–8].
Важную роль в процессе образования АК играл и спектральный состав света. Наиболее активная роль в стимуляции образования АК принадлежала красному свету по сравнению с синим светом, что согласовалось с данными, полученными другими авторами [1]. Максимальное взаимодействие факторов проявлялось в диапазоне концентраций селенита натрия от 0,001 до 0,1 мг/л.
Возможно, что взаимодействие минерального питания и системы фоторегуляции в контроле уровня АК осуществлялось на уровне гормональной системы. Основанием для данного предположения были результаты наших исследований, показавшим участие селена и брассиностероидов в регуляции ростовых процессов Arabidopsis thaliana [9], и светозависимой регуляции уровня гиббереллинов в листьях многих растений [10].
Рисунок 1. Влияние селенита натрия на содержание аскорбиновой кислоты в листе пшеницы в зависимости от синего (СС) и красного (КС) света
Таким образом, нами показано, что селенит-ион при увеличении красной области в спектре фотосинтетически активной радиации повышает накопление биологически активных веществ (аскорбиновой кислоты) в растениях пшеницы сорта Иргина по сравнению с синим светом. Эти результаты могут служить обоснованием возможности использования света разного спектрального состава в сочетании с экзогенным селеном в целях повышения качества сельскохозяйственной продукции.
Исследование выполнено при финансовой поддержке ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг. (Государственный контракт № П283).
Литература
1. Чупахина, Г.Н. Система аскорбиновой кислоты растений: Монография. – Калининград: Калининград. ун-т, 1997. – 120 с.
2. Bartoli, C.G. Ascorbate biosynthesis in mitochondria is linked to the electron transport chain between complexes III and IV / C.G. Bartoli, G.M. Pastori, C.H. Foyer // Plant Physiol. – 2000. – V. 123. – P. 335–344.
3. Bartoli, C.G. The relationship between L-galactono-l,4-lactone dehydrogenase (GalLDH) and ascorbate content in leaves under optimal and stress conditions / C.G. Bartoli, J.J. Guiamet, G. Kiddle et al. // Plant. Cell. Env. – 2005. – V. 28. – P. 1073–1081.
4. Bartoli, C.G. Inter-relationships between light and respiration in the control of ascorbic acid synthesis and accumulation in Arabidopsis thaliana leaves / C.G. Bartoli, J. Yu, F. Gomez et al. // J. Exp. Bot. – 2006. – V. 57(8). – P. 1621–1631.
5. Головацкая, И.Ф. Рострегулирующая роль селена в растении. / И.Ф. Головацкая, Н.М. Семенова, Р.А. Карначук, Ю.М. Кулагина, Н.В. Шипицына // Регуляция роста, развития и продуктивности растений: 6-я Междунар. научн. конф. – Минск, 2009. – С. 36.
6. Государственная фармакопея СССР: Вып. 1. Общие методы анализа / МЗ СССР – 11-е изд., доп. – М.: Медицина, 1987. – 336 с.
7. Головацкая, И.Ф. Влияние селенита натрия на морфо-физиологические параметры донника лекарственного / И.Ф. Головацкая, Н.В. Шипицына // Фундаментальные науки и практика. Сб. научн. трудов. Т. 1, №2. / Под ред. Н.Н. Ильинских. – Томск, 2010. – С. 89–91.
8. Кулагина, Ю.М. Влияние селена на рост и развитие растений пшеницы / Ю.М. Кулагина, И.Ф. Головацкая // Труды Томского гос. ун-та. Т. 275. – Томск: Изд-во Томск. гос. ун-та, 2010. – С. 278–280.
9. Golovatskaya, I.F. The physiological action of brassinosteroids depends on concentration of selenium in the medium / I.F. Golovatskaya, D.G. Pavlova, Ju.M. Kulagina, R.A. Karnachuk, V.A. Khripach // 20th International Conference on Plant Growth Substances IPGSA (28 June – 2 July 2010, Tarragona, Spain). – PS05-38. – P. 88–89.
10. Карначук, Р.А. Гормональный статус, рост и фотосинтез растений, выращенных на свету разного спектрального состава / Р.А. Карначук, И.Ф. Головацкая // Физиология растений. – 1998. – Т. 45, вып. 6. – С. 925–934.
