Интегральные показатели спектров поглощения экстрактов из зеленых листьев

поглощения хромофоров из листьев растений Приморья изучена недостаточно полно.

Цель работы: спектрофотометрические исследования интегральной интенсивности поглощения экстрактов из листьев растений Приморья в зависимости от фаз вегетации, факторов среды и принадлежности растений к спектрофотометрическим группам.

Материалом исследований служили листья черной ( Ribes nigrum L.) сорта «Чемпион Приморья» и красной ( Ribes rubrum L.) сорта «Ранняя сладкая» смородины, боярышника перистонадрезанного ( Crataegus pinnatifida Bunge.), маакии амурской ( Maakia. amurensis Rupr.), калужницы болотной ( Caltha palustris L.), а также 22 растений (табл. 2) из разных спектрофотометрических групп, произрастающих на территории юга Приморского края. Наблюдения проводили с апреля по сентябрь. Для исследований от каждого вида растений брали по 5 независимых проб в 14-16 час в сухую солнечную погоду. Для сезонных исследований пробы брали по 20-м числам каждого месяца.

В одну пробу включали 8-10 неповрежденных листьев от 3-5 визуально здоровых растений одного вида, затем методом случайных чисел отбирали три листа. Дальнейшие манипуляции выполняли в затененном помещении. Из отобранных листьев немедленно на специальном планшете керамическим ножом вырезали в средней трети симметрично центральной жилке по два фрагмента 1x1 см, которые тотчас тщательно растирали в фарфоровой ступке с кварцевым песком, небольшой добавкой углекислого магния и 10 мл 95%-го этанола. После 2-3-х минутного настаивания экстракты фильтровали через бумажный фильтр во флаконы темного стекла. Спектры поглощения регистрировали на цифровом спектрофотометре UV-2501PC (Shimadzu, Япония) в диапазоне 220-710 нм с шагом 1 нм не позднее, чем через 18-24 часа после приготовления экстрактов. Обработку и нормировку спектров, определение точек перегиба, температуры воздуха (ТВ) и продолжительности светового дня (ПСД), а также обозначение фаз вегетации (ФВ) производили по описанной ранее методике [5, 7].

Интегральную интенсивность поглощения, численно равную площади между осью абсцисс и контуром полосы [8], вычисляли по квадратурной формуле Симпсона, использующейся обычно при численном интегрировании сложных кривых в заданных пределах [9]. В качестве пределов интегрирования брали точки перегиба контура полосы поглощения. Например, в СП экстракта из листьев маакии амурской (рис. 1) участок между точками перегиба 1 и 2 соответствует поглощению ДП листа. Площадь S on (горизонтальная штриховка) под контуром полосы в пределах абсцисс точек перегиба от A i до A i брали как численно равную их интегральной интенсивности поглощения в условных единицах (у.е.).

Рис. 1. Нормированный СП экстракта в 95%-м этаноле из листьев маакии амурской:

1, 2 и 3 - точки перегиба контура полосы, А нвм - ордината наиболее высокого максимума, А 435 и А 664 - экстинкции каротиноидов и хлорофилла. Пояснения в тексте. По горизонтали - длина волны А в нм, по вертикали - экстинкция A в отн. ед.

Аналогично участок между точками перегиба 2 и 3 соответствует поглощению КХК ( А 435 и А бб4 ), а площадь 5 кх (вертикальная штриховка) под контуром полосы брали как интегральную интенсивность его поглощения в пределах абсцисс точек перегиба от Л 2 до А з . Общую интегральную интенсивность поглощения ( S общ ), или площадь под контуром полосы между точками перегибов 1 и 3 в пределах абсцисс от A i до А з определяли как сумму:

Sобщ = Son + SKX.

Показателями интенсивности поглощения (ПИП) служили доля ( F , в %) поглощения КХК в общем поглощении:

F = 100 5 кХ / 5 общ , и коэффициент К отн , относительного поглощения КХК по сравнению с ДП:

Котн = 5кх/5дП.

Экспериментальные данные обрабатывали статистически методами малой выборки и линейной парной корреляции [10].

Рис. 2 . Сезонные изменения (в %) спектрофотометрических показателей поглощения спиртовых экстрактов из листьев боярышника (1), красной (2) и черной (3) смородины. Пояснения в тексте

Полученные результаты показывают (рис. 2), что Sобщ для СП экстрактов листьев красной смородины, зацветающей во второй половине мая, возрастает, достигая максимума в фазе плодоношения в июне, а затем в конце июля - начале августа, в периоде диссеминации, снижается. Похожая динамика Sобщ наблюдается и для СП экстрактов из листьев других исследованных растений, но ее максимумы и спады наблюдаются несколько позже, в связи с более поздними сроками цветения и диссеми-нации черной смородины и особенно боярышника (рис. 2Б). Аналогично изменяются и ПИП (F и Котн): показатели нарастают по мере развития растений в начале вегетации, достигая максимальных значений во время цветения и начала плодоношения, а затем в период диссеминации резко снижаются (рис. 2В и 2Г). В фазах цветения – начала плодоношения отмечается наибольшее возрастание показателя Kотн, в 1,89-2,52, показатель F увеличивается в средней степени в 1,55-1,85 и наименьший прирост имеет Sобщ, всего в 1,11-1,19 раза по сравнению с «апрельскими» величинами. Значительные приросты доли КХК в общем поглощении и относительного поглощения его молекул по сравнению с другими хромофорами свидетельствует о существенной активации фотосинтетических процессов в периоды плодоношения, что согласуется с положениями общей теорией физиологии растений [2]. Таким образом, ПИП Kотн и F дают представления о напряженности фотосинтетических и, по-видимому, могут служить для их характеристики.

Таблица 1. Коэффициенты корреляции ( R ) показателей интегральной интенсивности поглощения СП экстрактов из листьев растений с фазами вегетации (ФВ), температурой воздуха (ТВ) и продолжительностью светового дня (ПСД)

Пока каза за-тель	Фактор	Растения				Среднее
		калужница	смородина черная	смородина красная	боя-рыш-ник
		R
S общ	ФВ	0,97	0,93	0,97	0,63	0,87±0,08*
	ТВ	0,04	0,70	0,33	0,68	0,44±0,16
	ПСД	0,60	0,91	0,89	0,93	0,83±0,08*
F	ФВ	0,72	0,95	0,59	0,91	0,79±0,08*
	ТВ	0,61	0,94	0,87	0,85	0,82±0,07*
	ПСД	0,11	0,66	0,69	0,58	0,51±0,13
K отн	ФВ	0,69	0,92	0,62	0,89	0,78±0,06*
	ТВ	0,67	0,92	0,62	0,84	0,76±0,07
	ПСД	0,17	0,61	0,72	0,56	0,51±0,12

Примечания: * - достоверно при p < 0,05

Таблица 2. Показатели интегральной интенсивности поглощения абсорбционных спектров экстрактов из листьев растений по спектрофотометрическим группам (Г [4]) и длина волны ( λ ) наиболее высоких максимумов

Г	Наименование растений	λ (нм)	Показатели ИИП
			S общ (у.е)	F (%)	K отн
о о ьп 1 о	Аконит Кузнецова, Aconitum kusnezoffii Rchb.	268	135,6±11,2	31,59±1,41	0,46±0,03
	Актинидия аргута, Actinidia arguta (Siebold et Zucc.) Planch ex Miq.	280	111,8±10,6	25,09±1,11	0,33±0,02
	Береза плосколистная, Betula platyphylla Sukacz.	266	134,3±11,3	28,29±1,14	0,39±0,03
	Венерин башмачок обыкновенный, Cypripedium calceolus L.	268	88,5±7,56	22,90±1,12	0,30±0,02
	Вероника длиннолистная, Veronica longifolia L.	280	79,7±5,64	19,65±0,92	0,24±0,01
	Лиственница сибирская, Larix sibirica Ledeb.	271	79,3±5,78	22,63±1,12	0,29±0,02
	Малина обыкновенная, Rubus idaeus L.	257	117,1±10,2	28,84±1,16	0,41±0,03
среднее значение			106,8±9,6	24,68±1,12	0,33±0,02
3 щ о о ЬП 1 О ьп	Амброзия, Ambrosia artemiifolia L.	331	132,8±11,4	36,68±1,18	0,58±0,04
	Вейгела ранняя , Weigela praecox (Lemoine) Bailey	331	136,3±11,6	38,22±2,11	0,62±0,05
	Виноград амурский, Vitis amurensis Rupr.	335	158,1±12,3	36,12±2,01	0,57±0,05
	Горец почечуйный, Polygonum persicari a L.	333	168,8±12,8	31,14±1,19	0,45±0,03
	Горчица сарептская, Brassica juncea (L.) Czern.	341	128,8±10,2	43,08±3,12	0,76±0,06
	Иссоп лекарственный, Hyssopus officinalis L., Sp., Pl.	327	152,6±12,6	33,48±2,16	0,50±0,03
	Лапчатка гусиная, Potentilla anserina L.	329	182,0±16,4	31,57±2,13	0,46±0,02
	Одуванчик лекарственный, Taraxacum officinale Wigg.	333	135,7±11,1	36,45±2,17	0,57±0,03
Среднее значение			149,4±12,1	35,84±1,89	0,56±0,03

Продолжение таблицы 2
о 1 О	Галинзога мелкоцветковая, Galinsoga parviflora Cav.	434	167,8±14,2	53,59±3,14	1,15±0,09
	Гулявник лекарственный, Sisymbrium officinale (L.) Scop.	434	173,8±14,7	48,21±2,16	0,93±0,08
	Кабачок, ′ Суха ′ , Cucurbita pepo ssp. pepo	433	167,7±14,6	51,56±4,12	1,06±0,09
	Настурция большая, Tropaeolum majus L.	434	205,6±18,3	41,88±3,15	0,72±0,05
	Пырей ползучий, Elytrigia repens (L.) Desv. Ex Nevsk	434	199,7±17,8	42,41±2,98	0,74±0,05
	Хоста подорожниковая, Hosta plantaginea (Lam.) Asch.	434	184,4±15,6	46,31±2,78	0,86±0,05
	Чемерица даурская, Veratrum dahuricum (Turcz.) Loes.	434	166,8±14,5	50,01±4,11	1,00±0,09
Среднее значение			180,8±15,2	47,71±3,64	0,92±0,08

Связь полученных показателей с факторами среды и фазами вегетации проявляется в разной мере. Для всех показателей выявлена высокая положительная достоверная корреляция с фазами вегетации (табл. 1). С факторами среды достоверные значения коэффициентов корреляции обнаружены только для показателя S общ с ПСД и для показателя F с ТВ. Связи других показателей с исследованными факторами малозначимы и недостоверны. Приведенные корреляционные взаимоотношения подтверждают ведущую роль ФВ в сезонной изменчивости фотосинтетических процессов. Приведенные результаты не противоречат литературным данным [10, 11], полученным при изучении структурнофункциональных сдвигов фотосинтетического аппарата, ультраструктуры клеток мезофилла и пигментного комплекса хлоропластов на примере лиственницы сибирской.

Представляло интерес определение значений ПИП для СП экстрактов из листьев растений, принадлежащих к выявленным нами ранее спектрофотометрическим группам [4, 5] в зависимости от положения НВМ в оптическом диапазоне. Интегральные показатели интенсивности поглощения определяли на их максимуме, в фазах цветения – начала плодоношения (табл. 2). Следует заметить, что значения показателей разного рода отличаются в несколько раз. Например, для СП экстракта из листьев аконита Кузнецова S общ и F различаются в 3,7, а S общ и K отн в 294,8 раза. В связи с этим для наглядности и удобства значения ПИП в группах целесообразно было для сопоставления выразить в процентах относительно первой спектрофотометрической группы (рис.3).

В первой группе растений с НВМ в СП экстрактов из листьев в коротковолновой части ультрафиолетового диапазона 250-300 нм выявлены наиболее низкие значения ПИП. В третьей группе, с НВМ в видимом (синем) диапазоне 410-450 нм, S общ в 1,69, F в 1,93 и K отн в 2,78 раза больше по сравнению с аналогичными показателями растений 1-й группы. Во второй группе ПИП имеют промежуточные значения между показателями первой третьей групп (рис. 3).

Рис. 3. Зависимость коэффициента относительного поглощения (1), доли поглощения (2) и общего поглощения (3) от длины волны наиболее высокого максимума. По вертикали - показатели в %, по горизонтали - длина волны НВМ в нм

Выводы: результаты работы дополняют представления о вариабельности фотосинтетических процессов на различных этапах вегетации и могут служить основой при разработке методов оценки устойчивости растений в условиях изменяющейся среды обитания. Полученные значения интегральных ПИП отображают напряженность фотосинтетических процессов. Ведущими факторами в сезонной изменчивости ПИП экстрактов из листьев являются ФВ и ПСД. Описанная методика определения относительной поглощательной способности КХК по сравнению с хромофорами других пигментов зеленого листа довольно проста и мало трудоемка, что немаловажно в полевой практике, при этом достаточно точная. Интегральные ПИП можно использовать в качестве спектрофотометрического теста состояния фотосинтетических процессов при экспресс-анализе, контроле, мониторинге растений и решении вопросов экологии растительных ресурсов, связанных с фотосинтетическими проблемами.