Группа фенольного метаболизма растений
Cайт института
ИФР РАН
Институт физиологии растений им. К.А. Тимирязева РАН
  Коллектив     Наши публикации     Симпозиумы     Литература     Анонсы     Фотографии     Полезные сайты    

КРАТКОВРЕМЕННОЕ ДЕЙСТВИЕ САЛИЦИЛОВОЙ КИСЛОТЫ НА НАКОПЛЕНИЕ ФЕНОЛЬНЫХ СОЕДИНЕНИЙ В ФОТОМИКСОТРОФНОЙ КАЛЛУСНОЙ КУЛЬТУРЕ ЧАЙНОГО РАСТЕНИЯ

Нечаева Т.Л., Загоскина Н.В.
ФГБУН Институт физиологии растений им. К.А. Тимирязева РАН, Москва, Россия, e-mail: phenolic@ippras.ru

Фенольные соединения высших растений привлекают все большее внимание исследователей в связи с чрезвычайным разнообразием выполняемых ими функций, в том числе связанных с защитой от стрессовых воздействий [1,2]. И в этом отношении большей интерес представляет собой салициловая кислота (СК) – одно из простых по своей структуре веществ фенольной природы. Показано ее участие в регуляции цветения растений [3], регуляции транспорта органических веществ по флоэме [4], формировании ризобиального симбиоза [5]. Имеются сведения о том, что при ее экзогенном действии возрастает устойчивость растений к гипо-[6,7] и гипертермии [8,9], осмотическому и солевому стрессам [10,11], действию тяжелых металлов [12]. В значительной степени это обусловлено изменениями в антиоксидантной системе растительных клеток, вызванными действием СК [8,13,14].

Основными компонентами антиоксидантной системы являются высокомолекулярные и низкомолекулярные антиоксиданты [15,16]. К числу последних относятся и фенольные соединения [17,18]. Благодаря их высокой биологической и антиоксидантной активности они находят все более широкое применение при лечении заболеваний различной этиологии [19,20].

Одним из успешных подходов для изучения действия биотических и абиотических факторов на клетки растений являются культуры in vitro [21] К их числу относится и каллусная культура чайного растения, многолетние работы с которой позволили нам изучить различные аспекты фенольного метаболизма и его регуляции [22-24]. Известно, что для растений чая характерен специализированный обмен, направленный на образование различных соединений фенольной природы, представленных мономерными (фенолкарбоновые кислоты, флавоноиды), олигомерными (проантоцианидины) и полимерными (лигнин) формами [25,26].

Целью настоящего исследования являлось изучение изменений в образовании фенольных соединений в фотомиксотрофной каллусной культуре чайного растения после кратковременного действия различных концентраций СК.

Объект и методы исследования

Объект исследования и условия проведения экспериментов. Каллусные культуры, инициированные из молодого стебля чайного растения (Camellia sinensis L., грузинская разновидность), выращивали в условиях факторостата ИФР РАН в условиях 16-час. фотопериода на модифицированной питательной среде Хеллера, содержащей 2,4-Д (5 мг/л) и глюкозу (20 г/л) [27]. Длительность пассажа составляла 45 дней.

При проведении опытов каллусы 20-дневного возраста выдерживали 1 час в водных стерильных растворах СК (10-3 - 10-6М) или в воде (контроль), после чего переносили на основную питательную среду и через 10 дней культивирования оценивали их морфо-физиологические характеристики, прирост каллусной массы и ее оводненность (высушивание при 70оС) [28].

Фенольные соединения извлекали из свежей каллусной ткани 96%-ным этанолом. В экстрактах спектрофотометрическим методом определяли содержание суммы растворимых фенольных соединений (с реактивом Фолина–Дениса; поглощение при 725 нм) и содержание флаванов (с ванилиновым реактивом; поглощение при 500 нм) [29]. Калибровочные кривые в обоих случаях строили по (-)-эпикатехину. Статистическая обработка. Все определения проводили в трех биологических и 2-3 аналитических повторностях. Результаты обрабатывали статистически. На диаграммах представлены средние арифметические значения определений и их квадратичные отклонения.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Фотомиксотрофная каллусная культура чайного растения имела светло-бежевый цвет, а на ее поверхности располагались окрашенные в зеленый цвет группы клеток. После кратковременного воздействия СК изменений в ее морфологических характеристиках не отмечалось, хотя прирост каллусной массы незначительно снижался (на 10-15%, по сравнению с контролем), за исключением варианта с 10-6М СК. При этом во всех случаях была некоторая тенденция к повышению ее оводненности.

Основной нашей задачей являлось выяснение изменений в накоплении фенольных соединений в фотомиксотрофных культурах чая при действии СК.

Таблица

Содержание суммы растворимых фенольных соединений (ФС) и флаванов (ФЛ) в фотомиксотрофной каллусной культуре чайного растения, подвергнутой кратковременному действию салициловой кислоты (СК)

Концентрация СК, М

(мг/г сухой массы)

Количество ФС

Количество ФЛ

контроль

43,12 + 0,29

15,23 + 0,27

10-6

62,75 + 0,66

31,88 + 0,41

10-5

45,39 + 0,33

16,06 + 0,38

10-4

47,48 + 0,46

15,67 + 0,28

10-3

49,33 + 0,54

17,12 + 0,42

Как следует из полученных данных (табл.), количество в них фенольных соединений было достаточно высоким, что свидетельствует о сохранении в условиях in vitro биосинтетических характеристик тканей интактного растения [30]. После действия СК в большинстве случаев суммарное содержание растворимых фенольных соединений, в том числе и характерных для чайного растения флаванов, оставалась практически на уровне контроля, за исключением варианта 10-6 М СК, когда уровень этих веществ, соответственно в 1,5 и 2 раза превышал значения контроля. Все это свидетельствует о значительной активации биосинтеза фенольных соединений, преимущественно за счет нефлавановых компонентов фенольного комплекса. И этот аспект действия СК на метаболизм фотомиксотрофной каллусной культуры чая заслуживает дальнейшего исследования.

ЛИТЕРАТУРА

  1. Запрометов М. Н. Фенольные соединения: распространение, метаболизм и функции в растениях. М.:Наука. 1993. 272 с.
  2. Lattanzio V., Kroon P.A., Quideau S., Treutter, D. Plant phenolics – secondary metabolites with diverse functions // Recent Advances in Polyphenols Research. Wiley-Blackwell. Oxford. 2008. V. 1. P. 1–35.
  3. Cleland C.F., Tanaka O. Effect of daylenght on the ability of salicylic acid to induceflowering in the long-day plant Lemma gibba G3 and the shortday plant Lemma paucicostata 6746 // Plant Physiol.1979. V. 64. P. 421-424.
  4. Бурмистрова Н.А., Красавина М.С. Салициловая кислота – один из регуляторов флоэмной разгрузки? // Междунар. конф. "Физиология растений – наука 3-го тысячелетия". М., 1999. С. 117.
  5. Глянько А.К., Макарова Л.Е., Васильева Г.Г., Миронова Н.В. Возможное участие перекиси водорода и салициловой кислоты в бобоворизобиальном симбиозе // Изв. Российской АН. Сер. Биологическая. 2005. № 3. С. 300-305.
  6. Horvath E., Janda T., Szalai G., Paldi E. In vitro salicylic acid inhibition of catalase activity in maize: differences between the isozymes and a possible role in the induction of chilling tolerance // Plant Sci. 2002. V. 163. P. 1129-1135.
  7. Nemeth M., Janda T., Horv'lath E. et al. Exogenous salicylic acid increases polyamine content but may decrease drought tolerance in maize // Plant Sci. 2002. V. 162. P. 569-574.
  8. Dat J.F., Delgado H.L., Foyer C.H., Scott I.M. Parallel changes in H2O2 and catalase during termotolerance induced by salicylic acid or heat acclimation in mustard seedlings // Plant Physiol. 1998. V. 116. P. 1351-1357.
  9. Basra R.K., Basra A.S. Phenolic biosynthesis inhibitors accentuate the effects of heat-shock injury in mung bean seedlings: Allevation by salicylic acid // New Seeds. 2001. V. 3. P. 41-49.
  10. Шакирова Ф.М. Неспецифическая устойчивость растений к стрессовым факторам и ее регуляция. Уфа: Гилем. 2001. 160 с.
  11. She H.-P., He J.-M., He Z.-X., Zon Q.-C. Cushion effect of salicylic acid on the damages invoked by salt stress of the young cucumber plants // J. Shaanxi Norm. Univ. Natur. Sci. 2001. V. 29. P. 99-101.
  12. Misha A., Choudhuri M. A. Effect of salicylic acid on heavy metal-induced membrane deterioration mediated by lipoxigenase in rice // Biol. Plant. 1999. V. 42. P. 409-415.
  13. Махдавиан К., Горбанли М., Калантари Х.М. Влияние салициловой кислоты на формирование окислительного стресса, индуцированного УФ-светом в листьях перца // Физиол. растений. - 2008. Т. 55. С. 620-623.
  14. He Y., Zhu Z.J. Exogenous salicylic acid alleviates NaCl toxicity and increases antioxidative enzyme activity in Lycopersicon esculentum. // Biol. Plant. 2008. V. 52: P.792-795.
  15. Blokhina O., Virolainen E., Fagerstedt K.V. Antioxidants, oxidative damage and oxygen deprivation stress. // Ann. Bot. 2003. V. 91. P. 179-194.
  16. Полесская О.Г. Растительная клетка и активные формы кислорода. М. 2007. 140 с.
  17. Fraga C.G. Plant polyphenols: how to translate their in vitro antioxidant actions to in vivo conditions // IUBMB Life. 2007. V. 59. P.308-315.
  18. Hong Y., Lin S., Jiang Y., Ashraf M. Variation in contents of total phenolics and flavonoids and antioxidant activities in the leaves of 11 Eriobotrya species // Plant Foods. 2008. V. 63. P.200–204.
  19. Duthie G.G., Duthie S.J., Kyle J.A. Plant polyphenols in cancer and heart disease: implications as nutritional antioxidants //Nutr. Res. Rev. 2000. V. 13. P. 79–106.
  20. Крикова А.В., Давыдов Р.С., Мокин Ю.Н., Арльт А.В., Зинченко Л.А., Ивашев М.Н. Биологическая активность растительных источников флавоноидов // Фармация. 2006. Т. 54. С. 17-18.
  21. Balen B., Tkalec M., Pavokovic D., Pevalek-Kozlina B., Krsnik-Rasol M. Growth conditions in in vitro culture can induce oxidative stress in Mammillaria gracilis tissues // J Plant Growth Regul. 2009. V. 28. P.36–45.
  22. Запрометов М.Н., Загоскина Н.В. Еще об одном доказательстве участия хлоропластов в биосинтезе фенольных соединений// Физиол. растений. 1987. Т. 34. С. 165-172.
  23. Загоскина Н.В., Дубравина Г.А., Запрометов М.Н. Особенности формирования хлоропластов и накопление фенольных соединений в фотомиксотрофных каллусных культурах чайного растения // Физиол. растений. 2000. Т.47. С. 537-543.
  24. Загоскина Н.В., Гончарук Е.А., Алявина А.К. Изменения в образовании фенольных соединений при действии кадмия на каллусные культуры, инициированные из различных органов чайного растения // Физиол. растений. 2007. Т. 54. С. 267-274.
  25. Запрометов М.Н. Биохимия катехинов. М.: Наука. 1964. 200 с.
  26. Цоциашвили И.И., Бокучава М.А. Химия и технология чая. М. 1989. 188 с.
  27. Корецкая Т.Ф., Запрометов М.Н. Культура ткани чайного растения (Camellia sinensis) как модель для изучения условий образования фенольных соединений // Физиол. растений. 1975. Т.22. С.282 -285.
  28. Носов А.М. Методы оценки и характеристики роста культур клеток выских растений //Молекулярно-генетические и биохимические методы в современной биологии растений. М.: Биоком. 2011. С. 386-402.
  29. Запрометов М.Н. Фенольные соединения и методы их исследования //Биохимические методы в физиологии растений. М.:Наука. 1971. С.185-197.
  30. Бутенко Р.Г. Культура клеток растений и биотехнология. М.: Наука, 1986. 286 с.
Внимание! Эта статья опубликована, на нее можно ссылаться при написании научных работ. Ссылка на эту публикацию выглядит так:
Нечаева Т.Л., Загоскина Н.В. Кратковременное действие салициловой кислоты на накопление фенольных соединений в фотомиксотрофной каллусной культуре чайного растения // Фенольные соединения: фундаментальные и прикладные аспекты: материалы докладов VIII Международного симпозиума. Москва, 2-5 октября 2012 г. /отв. ред. Н.В. Загоскина – М.: ИФР РАН; РУДН, 2012. С. 400-404. (ISBN 978-5-209-04571-7).

(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.