|
Группа фенольного метаболизма растений
|
Cайт института
ИФР РАН | |||||||||
Институт физиологии растений им. К.А. Тимирязева РАН | ||||||||||
| ||||||||||
|
О ФЕНОЛЬНЫХ СОЕДИНЕНИЯХ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ ЛИШАЙНИКОВ *Николаева Т.Н., **Заварзина А.Г. *Лапшин П.В., *Загоскина Н.В.
Одними из наиболее распространенных в растительном мире представителей вторичного метаболизма являются фенольные соединения (ФС). Они синтезируются практически во всех клетках и их функциональная роль очень разнообразна [1-3]. Она связана и с участием этих вторичных метаболитов в формировании органической части почв, а именно в образовании гумуса и его специфических соединений - гуминовых веществ [4]. Гуминовые вещества составляют до 90% органического вещества почв (гумуса) и представляют собой устойчивые высокомолекулярные полидисперсные соединения, образующиеся как в ходе частичной окислительной трансформации высокомолекулярных компонентов растительных тканей (например, лигнина), так и в результате полимеризации по свободнорадикальному механизму низкомолекулярных фенольных и азотсодержащих предшественников [4]. В условиях тундры, высокогорья, а также некоторых олиготрофных мест умеренной зоны, где малая заселенность высшими растениями, важная роль в формировании окружающей среды, в том числе и почв, отводится лишайникам. Они представляют собой симбиотическую ассоциацию гриба (микобионта) и водоросли и/или цианобактерии (фотобионта), в связи с чем их называют лихенезированными грибамами [5]. Лишайники разрушают минеральный субстрат путем физического воздействия (проникновения гиф микобионта), а также выделения простых органических кислот (щавелевой, лимонной и др.) и специфических для лишайников вторичных метаболитов ("лишайниковых кислот"), которые растворяют породообразующие минералы посредством кислотной атаки и комплексообразования [6]. Поскольку лишайники не содержат лигнина - основного предшественника гуминовых веществ в почвах под древесной растительностью, то высокомолекулярными предшественниками этих веществ могут быть хитин и меланины, а низкомолекулярными - различные соединения фенольной и азотистой природы [7]. Целью работы было изучение содержания и состава спирто- и водо-растворимых ФС в напочвенных лишайниках родов Lecanorales и Peltigerales, доминирующих в растительном покрове тундр, в связи с их потенциальным участием в гумусообразовании. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ В качестве объектов исследования были выбраны виды лишайников, относящихся к порядкам Peltigerales (P. aphthosa (L.)Willd, Solorina crocea (L.) Ach.) и Lecanorales ( Cladonia arbuscula (Wallr.) Flotow, Cetraria nivalis (L.) Ach.). Образцы были собраны и определены А.А. Заварзиным (СПГУ, Санкт-Петербург) летом 2009 года в Хибинах (Кольский п-ов, Мурманская область). Их талломы были воздушно высушены и хранились в темноте без доступа воздуха. Для извлечения ФС сухие талломы лишайников растирали в ступке и навеску растительного материала (50-100 мг) подергали экстракции 96% этанолом (соотношение материала и экстрагента 1:5) при 45оС в течение 30 мин при периодическом перемешивании или водой (30оС, 1 час). Смесь центрифугировали при 7000 об/мин в течение 5 мин. Состав ФС исследовали методом тонкослойной хроматографии на целлюлозе (Ferak, Германия). В качестве растворителя использовали смесь н-бутанол – уксусная кислота – вода (4:1:5, верхняя фаза) [8]. Предварительную идентификацию ФС по специфической ярко-голубой или синей флуоресценции в УФ-свете (длины волн 254 и 366 нм) проводили на ультрахемископе DESAGA UVIS (ЅDESAGAЅ, Голландия). Использовали также качественные реакции на ФС, опрыскивая хроматограммы смесью 1%-ных водных растворов FeCl3 и K3[Fe(CN)6] (на все классы ФС); диазотированным п-нитроанилином и 20% раствором Na2CO3 (на фенолкарбоновые кислоты) [9]). В качестве стандартов-метчиков использовали фенолкарбоновые (п-оксибензойную, ванилиновую, протокатеховую, галловую и сиреневую кислоты; Sigma, USA), а также лишайниковые кислоты – антранорин, усниновую и гирофоровую, любезно предоставленными И.А.Шапиро (БИН РАН, Санкт-Петербург). РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ Сравнение содержания этанол-растворимых ФС показало, что у лишайников порядка Peltigerales (P.aphthosa, S.crocea) оно было в 3-4 раза выше, чем у представителей порядка Lecanorales (Cl. arbuscula, C. nivalis). Аналогичная тенденция характерна и для водорастворимых ФС. Следовательно, чем больше ФС накапливалось в талломе, тем больше их обнаруживалось и в водных экстрактах. Все это позволяет предположить, что не только мортмасса, но и живые лишайники служат источником растворимых ФС, которые под воздействием атмосферных осадков могут поступать в почву и включаться в процессы гумусообразования. Следующей нашей задачей являлось изучение состава ФС, извлекаемых из лишайников как этанолом, так и водой. В этанольных экстрактах P.aphthosa и S.crocea обнаружено 9 веществ фенольной природы, из которых два являлись доминантными компонентами (табл.). Таблица
*жирным шрифтом выделены доминантные соединения, значения Rf лишайниковых кислот - подчеркнуты У Cl.arbuscula и C.nivalis обнаружено, соответственно, 4 и 6 соединений, количественное соотношение которых в фенольном комплексе, судя по интенсивности их окрашивания реактивом на ФС, было примерно одинаково. При этом состав ФС спиртовых экстрактов лишайников, относящихся к одному порядку, имеет большое сходство, что особенно характерно для представителей порядка Peltigerales. Известно, что изученные леканоровые лишайники содержат лишайниковые вещества, которые экстрагируют ацетоном [10]. Частично, эти соединения могут переходить и в этанольные экстракты. Возможность присутствия лишайниковых веществ в числе спирторастворимых соединений была проверена с использованием в качестве стандартов широко распространенных у лишайников соединений – атранорина, усниновой и гирофоровой кислот. Было установлено, что в использованной нами системе растворителей эти соединения имеют значения Rf 0,93 и 0,98, отличные от таковых спирторастворимых ФС (табл.). В водных экстрактах пельтигеровых лишайников обнаружено 9 соединений фенольной природы, из которых ярко выражено преобладание двух компонентов, в водных экстрактах леканоровых лишайников обнаружено 9-11 соединений, доминировало из них 2-6. Интересен тот факт, что у всех исследованных видов лишайников многие ФС, переходящие в спиртовой экстракт, обнаруживаются и в составе водорастворимых соединений. Судя по предварительным данным, некоторые из ФС являются конъюгатами фенолкабоновых кислот - п-оксибензойной, ванилиновой и, возможно, протокатеховой. В пользу этого предположения свидетельствует их реакция с диазотированным п-нитроанилином (сходство в окрашивании), хотя значения их Rf не совпадали с таковыми стандартов. Наличие в талломах лишайников коньюгатов фенолкарбоновых кислот представляется возможным. Известно, что эти C6-C1 соединения фенольной природы в большинстве случаев присутствуют в клетках растений в виде коньюгатов с углеводами, ациклическими и алициклическими кислотами, аминами и другими веществами и крайне редко в свободном виде [9]. Таким образом, нами установлено присутствие в фенольном комплексе лишайников не только специфических лишайниковых веществ, но и широко распространенных в растительном царстве ФС, в частности, производных фенолкарбоновых кислот, формирующихся на ранних стадиях биогенеза ФС и участвующих во многих физиологических процессах [11]. Способность большинства спирторастворимых соединений переходить и в водный раствор предполагает возможность вымывания этих соединений из талломов с атмосферными осадками и участия во многих биологических процессах. ЛИТЕРАТУРА
| Внимание! Эта статья опубликована, на нее можно ссылаться при написании научных работ. Ссылка на эту публикацию выглядит так: Николаева Т.Н., Заварзина А.Г., Лапшин П.В., Загоскина Н.В. О фенольных соединениях различных видов лишайников / 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. 405-409. (ISBN 978-5-209-04571-7). | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||