Биосинтез каучука и инулина в зависимости от спектрального состава света и активности фотосинтетического аппарата при аэропонном культивировании Taraxacum kok-saghys E. Rodin

В связи с интенсивным развитием промышленности и новых технологий повышается спрос на натуральный каучук. Этот биополимер не может быть полностью заменен синтетическим каучуком, поскольку обладает уникальными потребительскими и эксплуатационными характеристиками. Наряду с традиционным источником производства натурального каучука из латекса гевеи бразильской Hevea brasiliensis (Willd. ex A. Juss.) Müll. Arg. ведутся работы по его получению из растений кок-сагыза Taraxacum kok-saghys E. Rodin, которые можно выращивать как в естественных, так и в контролируемых условиях. Определение наиболее благоприятного светового режима с учетом физиологического состояния растений - важный элемент при разработке технологий, обеспечивающих высокий выход целевых продуктов. В представленном исследовании впервые показано повышение скорости биосинтеза каучука при облучении растений кок-сагыза светом с большей долей синей части спектра, а также описан характер изменения скорости световых и темновых реакций фотосинтетического аппарата, концентраций сахарозы и глюкозы при изменении светового режима выращивания растений в течение нескольких часов. Цель работы - изучение влияния световых условий на физиолого-биохимические процессы и биосинтез каучука и инулина у растений кок-сагыза, выращиваемых в контролируемых условиях фитотрона. Растения кок-сагыза коллекционной формы 391 из коллекции Всероссийского института генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова (ВИР), выращенные из семян в стерильных условиях, на 19-20-е сут (в фазу 3-4-х настоящих листьев) высаживали в аэропонные фитотроны, в две камеры с полноспектральным светодиодным (СД) облучением в области фотосинтетически активной радиации ФАР400-700 нм 400±28 мкмоль фотонов·м-2·с-1. В первой камере облучение в области ФАР400-500 нм синего спектра (λmax = 460 нм, СД СС) составляло 255,6 мкмоль фотонов·м-2·с-1, в области ФАР600-700 нм красного спектра (λmax = 660 нм, СД КС) - 75,6 мкмоль фотонов·м-2·с-1, соотношение КС/СС - 0,30. Во второй камере интенсивность облучения КС в области ФАР600-700 нм составляла 259,6 мкмоль фотонов·м-2·с-1, интенсивность облучения в области ФАР400-500 нм СС - 71,8 мкмоль фотонов·м-2·с-1, соотношение КС/СС - 3,6. Анализ ростовых и фотосинтетических процессов, определение содержания глюкозы и сахарозы в листьях, каучука и инулина в корнях растений в условиях длительного роста при различных спектральных режимах, а также при смене режима облучения показали, что при выращивании кок-сагыза в течение 28 сут в камерах фитотрона при повышенной доле КС содержание каучука увеличивалось в 3,0 раза, инулина - в 4,1 раза по сравнению с первоначальными значениями тех же параметров у исходных растений. При повышении доли СС в области ФАР показатели увеличивались соответственно в 5,4 и 4,6 раза. В конечном итоге при облучении светом с большей долей СС растения накапливали в 1,75 раза больше каучука. Изменение спектра облучения растений с СС на КС приводило к кратковременному повышению концентрации глюкозы и сахарозы в листьях по сравнению с исходными значениями. Такая зависимость сохранялась в течение 2 ч, после чего содержание сахарозы не изменялось, но снижалось содержание глюкозы. При переключении с КС на СС наблюдали противоположные эффекты. Изменение концентрации растворимых углеводов связано с переменой спектрального состава облучения растений и, как результат, с модуляцией активности фотосинтетического аппарата. Показано снижение активности фотосинтетического аппарата при смене режима облучения растений с СС на КС: скорость фотосинтеза уменьшалась с 26,7 до 15,2 мкмоль СО2·м-2·с-1 (при световом насыщении), скорость темнового дыхания - с 2,80 до 2,38 мкмоль СО2·м-2·с-1, квантовый выход фотосинтеза - с 0,066 до 0,055. При изменении облучения с КС на СС наблюдалось повышение скорости фотосинтеза и активности фотосистемы II, но снижение накопления глюкозы и сахарозы в течение первых 2 ч с возвращением к исходным значениям через 3 ч.