Аминокислотный состав биомассы некоторых видов лишайников таежной зоны на европейском северо-востоке России
Автор: Табаленкова Галина Николаевна, Далькэ Игорь Владимирович, Захожий Илья Григорьевич
Журнал: Известия Самарского научного центра Российской академии наук @izvestiya-ssc
Рубрика: Общая биология
Статья в выпуске: 2-3 т.19, 2017 года.
Бесплатный доступ
Приведены данные о содержании свободных и белковых аминокислот в талломах 19 видов лишайников, обитающих в средней тайге на территории Республики Коми. Содержание белковых и свободных аминокислот в сухой массе талломов составляло в среднем 100 и 2 мг/г соответственно. Содержание аминокислот варьировало в широких пределах. Лишайники с цианопрокариотами характеризовались большим содержанием белковых аминокислот, чем лишайники с зеленой водорослью в качестве фотобионта. Выявлены корреляционные связи между содержанием азота и аминокислот. Показана положительная связь содержания белковых аминокислот с типом фотобионта. Полученные результаты существенно расширяют и дополняют представления о жизнедеятельности лишайников таёжной зоны европейского Северо-Востока России.
Лишайники, аминокислотный состав, фотобионт, таёжная зона, европейский северо-восток
Короткий адрес: https://sciup.org/148205183
IDR: 148205183
Текст научной статьи Аминокислотный состав биомассы некоторых видов лишайников таежной зоны на европейском северо-востоке России
ставу талломов лишайников [2, 3].
Цель работы: исследование аминокислотного состава талломов лишайников бореальной зоны Республики Коми.
Объектами служили 19 видов лишайников, относящихся к родам Peltigera, Lobaria, Platismatia, Parmelia, Cetraria, с разным типом фотобионта, включающим в себя водоросли и/или цианобактерии (табл.1). Субстраты, на которых произрастали исследованные виды лишайников, имели рН водной вытяжки в пределах 5,6-6,9. Образцы талломов отбирали в июле 2015-2016 гг., фиксировали жидким азотом и хранили при температуре -80 ° С.
Определение аминокислот проводили в лио-фильно высушенном материале. Белковые аминокислоты определяли на аминокислотном анализаторе ААА Т-339 (Чехия) после гидролиза навески в 6н НС1 при 105 ° С в течение 24 ч. Определение свободных аминокислот проводили на аминокислотном анализаторе AAA-400 (Чехия) в системе литиевых буферов. Для их определения навески 3х-кратно экстрагировали 40% этанолом, выпаривали при температуре 50 ° С. Упаренный экстракт разводили в цитрат-литиевом буфере (рН 2,2), центрифугировали 10 мин. при 15 тыс. оборотов, фильтрат наносили на ионообменную колонку. Идентификацию и количественное содержание аминокислот в исследуемых образцах проводили по результатам разделения стандартной смеси аминокислот. Рассчитывали средние значения из трех биологических и двух аналитических повторностей. Влияние типа фотобионта (зеленые водоросли, и/или цианобактерии) на содержание аминокислот лишайников оценивали с помощью однофакторного дисперсионного анализа (ANOVA), при уровне значимости α=0,05.
Полученные экспериментальные данные показывают значительные колебания содержание белковых аминокислот в талломах лишайников. Их содержание в сухой массе талломов изменялось от 19 до 200 мг/г. Высоким содержанием белковых аминокислот (140-200 мг/г) отличались лишайники фотобионтом, которых являются цианобактерии. Среди них выделялись представители рода Peltigera
( P.scarbosa , P. membranacea и P.ponoenjensis ). У этих же видов мы ранее отмечали сравнительно высокое накоплением азота [6]. Наименьшим содержание белковых аминокислот (10-40 мг/г) отличались лишайники с водорослевым фотобионтом.
Таблица 1. Эколого-биологическая характеристика исследованных видов лишайников
|
№ |
Вид |
Жизненная форма |
Фотобионт |
|
1 |
Cetraria islandica |
кустистый |
зеленая водоросль |
|
2 |
Cladonia rangiferina |
кустистый |
зеленая водоросль |
|
3 |
Cladonia stellaris |
кустистый |
зеленая водоросль |
|
4 |
Stereocaulon condensatum |
кустистый |
зеленая водоросль |
|
5 |
Evernia mesomorpha |
кустистый |
зеленая водоросль |
|
6 |
Usnea hirta |
кустистый |
зеленая водоросль |
|
7 |
Parmelia sulcata |
листоватый |
зеленая водоросль |
|
8 |
Platismatia glauca |
листоватый |
зеленая водоросль |
|
9 |
Lobaria pulmonaria |
листоватый |
зеленая водоросль+ цианобактерии |
|
10 |
Peltigera aphthosa |
листоватый |
зеленая водоросль+ цианобактерии |
|
11 |
Peltigera leucophlebia |
листоватый |
зеленая водоросль+ цианобактерии |
|
12 |
Peltigera canina |
листоватый |
цианобактерии |
|
13 |
Peltigera malacea |
листоватый |
цианобактерии |
|
14 |
Peltigera membranacea |
листоватый |
цианобактерии |
|
15 |
Peltigera neopolydactila |
листоватый |
цианобактерии |
|
16 |
Peltigera ponojensis |
листоватый |
цианобактерии |
|
17 |
Peltigera praetextata |
листоватый |
цианобактерии |
|
18 |
Peltigera rufesсens |
листоватый |
цианобактерии |
|
19 |
Peltigera scarbosa |
листоватый |
цианобактерии |
При анализе аминокислотного состава было обнаружено 17 аминокислот, из которых цистин и метионин находился в следовых количествах. Их доля в сумме аминокислот не превышала 0.4%. Сравнительно высоким содержанием дикарбоновых кислот (53-65 мг/г сухой массы) и моноаминокарбоновых кислот (51-55 мг/г сухой массы) отличались лишайники с цианобактериями (P. scarbosa, P. ponoenjensis и P. membranacea). Содержание этих аминокислот в хлоролишайниках была значительно меньше и не превышало 15 мг/г сухой массы. Особенно выделялись кустистые лишайники Usnea hirta и Evernia mesomorpha (5-7 мг/г сухой массы). Несмотря на значительные различия в абсолютном содержании аминокислот, доля отдельных групп различалась незначительно. Основная часть белковых аминокислот (более 50% от всех аминокислот) приходилось на моно- и дикарбоновые кислоты (табл. 2).
Таблица 2. Доля аминокислот в талломах лишайников, % от суммы аминокислот
|
Аминокислоты |
Вся выборка |
Фотобионт |
||
|
В |
В+Ц |
Ц |
||
|
дикарбоновые |
26,8±3,9 |
27,6±1,1 |
27,6±0,6 |
26,2±6,8 |
|
моноаминокарбоновые |
30,6±2,9 |
33,0±1,9 |
28,6±1,6 |
31,0±2,5 |
|
алифатические |
15,0±2,9 |
12,4±1,0 |
16,2±2,1 |
17,1±2,4 |
|
иминокислота |
5,7±0,6 |
5,4±0,5 |
6,0±0,4 |
4,7±0,7 |
|
основные |
13,7±1,9 |
13,5±2,7 |
13,6±0,4 |
12,7±1,6 |
|
серусодержащие |
0,3±0,1 |
0,2±0,1 |
0,3±0,1 |
0,3±0,1 |
|
ароматические |
7,8±0,9 |
7,8±1,2 |
7,7±0,4 |
8,0±0,9 |
Примечание: фотобионт: В – водоросль, В+Ц - водоросль+цианобактерии, Ц – цианобактерии .
К основным исходным веществам, обеспечивающим синтез белков, относятся свободные аминокислоты, они являются одними из самых активных участников метаболизма. Анализ содержания свободных аминокислот талломах лишайников показал, что их количество варьирует от 0,7 до 7 мг/г сухой массы (рис. 1).
Коэффициент вариации суммы свободных аминокислот был высоки и составлял более 90%. Даже в талломах лишайников одного рода (Peltigerae) их содержание изменялось от 0,8 у Peltigera leucophleba до 4,8 мг/г сухой массы у P. membranacea. Максимальное количество свободных аминокислот – 7,18 мг/г сухой массы было отмечено у Lobaria pulmonaria, которая характеризовалась и наибольшей интенсивностью фотосинтеза.
Рис. 1. Содержание свободных аминокислот в талломах лишайников:
фотобионт: В – водоросль, В+Ц - водо-росль+цианобактерии, Ц – цианобактерии. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 – Peltigera malacea, P.canina, P. membranacea, P. leucophlebia, Lobaria pulmonaria, Cladonia rangiferina, Parmelia sulcata, Cladonia stellaris, Evernia mesomorpha,Usnea hirta, Platismatia glauca, Cetraria islandica, соответственно
В талломах разных видов лишайников было идентифицировано от 14 до 20 аминокислот и два амида. Содержание значительной части свободных аминокислот составляло менее 2% от суммы. В их составе доминировало 3-4 соединения, содержание которых превышало 2%. Были идентифицированы свободные аминокислоты содержание которых менее 1% – цистатионин, цистеин, метионин, α-аминобутировая кислота, изолейцин, гистидин, 1-метилгистидин. Следует отметить, что разные виды лишайников отличались по составу доминирующих аминокислот (табл. 3). Так, у Peltigera canina, P. membranacea, Parmelia sucata, Platismatia glauca, Lobaria pulmonaria свыше 80% приходилось на долю глутаминовой кислоты и глутамина, а в талломах Peltigera malacea, P. leucophleba и Cetraria islandica преобладали аланин и аминоадипиновая кислоты. В составе свободных аминокислот лишайников обнаружено 5 непротеиногенных (β-аланин, орнитин, аминоадипиновая, α-аминобутировая кислота и ϒ-аминомасляная кислоты). Количество непротеиногенных аминокислот в общем пуле свободных изменялось от 0,2 у Parmelia sucata до 40% у Peltigera malacea (табл. 3). Следует отметить наличие у всех видов лишайников непротеиногенной аминокислоты орнитина, что свидетельствует о функционировании в талломах орнитинового цикла, участвующего в синтезе протеиногенных аминокислот.
Таблица 3 . Содержание свободных аминокислот в талломах лишайников, % от суммы
|
Аминокислоты |
Фотобионт |
|||||||||||
|
цианобактерии (Ц) |
В+Ц |
водоросль (В) |
||||||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
|
|
аспаргиновая |
3,9 |
0 |
0,5 |
1,6 |
0 |
2,4 |
4,2 |
1,9 |
3,4 |
4,1 |
8,5 |
9,1 |
|
треонин |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0,7 |
1,0 |
0 |
2,8 |
1,8 |
7,3 |
1,6 |
|
серин |
0 |
0 |
0 |
0 |
1,7 |
0,8 |
1,5 |
0 |
3,4 |
2,9 |
3,1 |
2,6 |
|
аспарагин |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
2,8 |
0 |
2,8 |
4,6 |
|
глютаминовая |
0 |
64,0 |
66,2 |
0 |
36,2 |
81,9 |
72,7 |
0 |
9,2 |
15,1 |
20,8 |
29,3 |
|
глутамин |
0 |
24,0 |
26,8 |
0 |
30,4 |
5,4 |
9,2 |
0 |
17,8 |
16,3 |
14,6 |
23,9 |
|
аминоадипи-новая |
22,3 |
0 |
0 |
6,4 |
0 |
0 |
0 |
13,1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
пролин |
0,7 |
0 |
0 |
6,4 |
0 |
4,8 |
5,0 |
0,7 |
2,2 |
0,3 |
13,7 |
14,2 |
|
глицин |
1,0 |
0 |
0 |
2,3 |
0,9 |
0,2 |
0,6 |
1,1 |
2,0 |
1,6 |
2,1 |
1,4 |
|
аланин |
36,1 |
0 |
0 |
54,5 |
8,4 |
1,6 |
3,4 |
41,8 |
16,3 |
10,1 |
4,7 |
5,0 |
|
валин |
0,8 |
0,4 |
0,3 |
2,0 |
0 |
0,4 |
0,9 |
0,9 |
2 |
16,3 |
3,0 |
1,1 |
|
лейцин |
1,2 |
0,6 |
0,3 |
1,4 |
0,8 |
0,7 |
0,7 |
1,4 |
3,5 |
2,2 |
1,2 |
1,5 |
|
тирозин |
1,3 |
1,0 |
0,6 |
1,4 |
0,7 |
0 |
0 |
1,5 |
2,5 |
1,0 |
1,2 |
1,1 |
|
фенил-аланин |
0,2 |
0,3 |
0,3 |
0,7 |
0,4 |
0 |
0 |
0,2 |
1,5 |
1,0 |
1,0 |
0,6 |
|
Β-аланин |
4,4 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
5,1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
ϒ-амино-бутировая |
0,3 |
0,4 |
0,2 |
0,8 |
14,5 |
0,1 |
0,1 |
0,3 |
22,2 |
15,1 |
1,0 |
0,6 |
|
орнитин |
13,5 |
1,8 |
1,7 |
14,7 |
0,7 |
0,1 |
0,1 |
15,5 |
0 |
0,4 |
0,3 |
0,2 |
|
лизин |
1,7 |
0,8 |
0,4 |
2,7 |
1,9 |
0,3 |
0,1 |
2,0 |
3,2 |
3,5 |
4,3 |
0,8 |
|
аргинин |
9,7 |
4,9 |
1,9 |
2,8 |
1,5 |
0,6 |
0,1 |
11,2 |
2,9 |
3,8 |
8,1 |
1,6 |
Примечание: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 – Peltigera malacea, P. canina, P. membranacea, P. leucophlebia, Lobaria pulmonaria, Platismatia glauca, Parmelia sulcata, Cetraria islandica, Cladonia rangiferina, Cladonia stellaris, Evernia mesomorpha, Usnea hirta, соответственно. В таблице представлены аминокислоты, содержание которых у большинства видов превышает 1%.
Полученные экспериментальные данные показывают значительные количественные изменения содержания аминокислот в талломах лишайников, минимальные и максимальные значения отличаются на порядок. В среднем содержание белковых аминокислот составило около 100 мг/г сухой массы, свободных аминокислот до 2 мг/г сухой массы таллома (табл. 4). Медианные значения выборки по содержанию аминокислот отличались от средних, что свидетельствует о небольшом смещении нормальности распределения первичных данных. Коэффициент вариации изученных биохимических показателей был высокий, от 60 до 90% (табл. 4).
Анализ данных показал, что содержание белковых и свободных аминокислот статистически значимо коррелирует с концентрацией общего азота в талломах (р-величина<0.05). Корреляция между суммой белковых и суммой свободных аминокислот была статистически незначимой (р-величина=0.175) (табл. 5).
Таблица 4. Описательная статистика содержание общего азота (N) и аминокислот (АК) в талломах лишайников
|
Показатели |
Nобщ. |
Сумма белковых АК |
Сумма свободных АК |
|
количество измерений |
19,0 |
19 |
12 |
|
среднее значение |
22,2 |
102,8 |
2,1 |
|
ошибка среднего |
2,9 |
15,9 |
0,6 |
|
медиана |
22,0 |
111,8 |
1,4 |
|
минимум |
5,3 |
19,1 |
0,7 |
|
максимум |
39,6 |
202,1 |
7,2 |
|
размах |
34,3 |
183,0 |
6,5 |
|
коэффициент вариации, % |
56 |
67 |
97 |
Таблица 5. Корреляционная матрица содержания общего азота (Nобщ.) и аминокислот (АК) в талломах лишайников
|
Показатели |
Nобщ. |
Сумма белковых АК |
Сумма свободных АК |
|
N общ. |
1 |
0,78 |
0,62 |
|
сумма белковых АК |
1 |
0,42 |
|
|
сумма свободных АК |
1 |
Примечание: выделены статистически значимые коэффициенты корреляции Спирмена при α 0,05.
ANOVA, F(2, 9)=1.91, p=0.105
ANOVA,F(2, 16>49Ж p=0.
ANOVA,F(2, 16>92.18,p=0.000
Рис. 2. Содержание общего азота (А), суммы белковых аминокислот (Б) и суммы свободных аминокислот (В) в талломах лишайников с разным типом фотобионта:
В – водоросли, В+Ц – водоросли и цианобактерии, Ц – цианобактерии; приведены результаты дисперсионного анализа (ANOVA) зависимости изученных показателей от типа фотобионта лишайников
Дисперсионный анализ (ANOVA) показал статистически значимое влияние типа фотобионта лишайников на содержание общего азота и сумму белковых аминокислот в их талломах (р-величина=0,000). Однако сумма свободных аминокислот не зависела от типа фотобионта (р-величина=0,105) (рис. 2).
Выводы: получены оригинальные данные об аминокислотном составе талломов лишайников бореальной зоны. Выявлена существенная межви- довая изменчивость в содержании белковых и свободных аминокислот. Установлено наличие положительной связи между уровнем накопления азота и содержанием белковых, и свободных аминокислот. Показана положительная связь содержания белковых аминокислот с типом фотобионта. В целом, полученные результаты существенно углубляют и расширяют представление о жизнедеятельности лишайников таежной зоны европейского Северо-Востока России.
Авторы признательны Т.Н. Пыстиной и Н.А. Семеновой за помощь в определении видов лишайников. Работа выполнена в рамках Программы фундаментальных исследований Президиума РАН по направлению «Живая природа: современное состояние и проблемы развития» (проект 15-12-4-4).
Список литературы Аминокислотный состав биомассы некоторых видов лишайников таежной зоны на европейском северо-востоке России
- Вайнштейн, Е.А. Регуляторные механизмы лишайникового симбиоза//Успехи современной биологии. 1990. Т. 109. Вып. 2. С. 311-320.
- Вершинина, С.Э. Состав аминокислот лишайника Cetraria islandica в Восточной Сибири/С.Э. Вершинина, О.Ю. Кравченко//Пищевые технологии, качество и безопасность продуктов питания. -Иркутск: изд-во ИрГТУ, 2008. С. 23-25.
- Вершинина, С.Э. Аминокислотный состав двух видов лишайников рода Cetraria/С.Э. Вершинина, О.Ю., Кравченко//Хранение и переработка сельхозсырья. 2011. № 1. С. 26-28.
- Войцeхович, А.А. Фотобионты лишайников, I: разнообразие, экологические особенности, взаимоотношения и пути совместной эволюции с микобионтом/А.А. Войцeхович, Т.И. Михайлюк, Т.М. Дариенко//Альгология. 2011. Т. 21. С.3-26.
- Пыстина, Т.Н. Лишайники таежных лесов Европейского Северо-Востока (подзоны южной и средней тайги). -Екатеринбург: УрО РАН, 2003. 239 с.
- Табаленкова Г.Н. Элементный состав биомассы некоторых видов лишайников бореальной зоны на европейском Северо-Востоке/Г.Н. Табаленкова, И.В. Далькэ, Т.К. Головко//Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2016. Т. 16. № 2. С. 221-225.
- Флора лишайников России: Биология, экология, разнообразие, распространение и методы изучения лишайников. Монография. отв. ред. М.П. Андреев, Д.Е. Гимельбрант. -М., СПб.: Товарищество научных изданий КМК, 2014. 392 с.
