Сезонные особенности метаболизма нейтральных липидов живых тканей Larix sibirica L

В условиях Центральной Сибири главный абиотический стрессор, ограничивающий продуктивность, возможность интродукции и распространение многолетних растений в районы с более холодным климатом, – зимние отрицательные температуры. Поэтому низкотемпературная устойчивость является не только вопросом факториальной экологии, но и занимает центральное место в агрономии, садоводстве, лесоводстве Сибирского региона.

Лесообразующие хвойные древесные растения Центральной Сибири – очень морозоустойчивые виды, обладающие высокой эволюционной приспособленностью к действию неблагоприятных температур на межвидовом уровне. В этой связи необходимость изучения метаболизма живых тканей почек хвойных очевидна: почки – наименее защищенные органы дерева, а их живые ткани в условиях суровых сибирских зим наиболее подвержены повреждениям.

Низкотемпературная устойчивость живых тканей у растений вырабатывается в результате комплекса структурно-химических изменений клеток и важнейших биомолекул, составляющих клетки. Именно эти изменения чрезвычайно важны и определяют «экологический предел», внутри которого возможно приспособление растений (в том числе хвойных видов) к сезонному понижению температуры окружающей среды. Однако до сегодняшнего дня исследователи не уделяют должного внимания живым (меристематическим) тканям почек хвойных древесных растений.

Исследование состава нейтральных соединений меристем почек хвойных видов, предпринятое нами ранее [1], показало, что изменения содержания индивидуальных компонентов нейтральной природы происходят в течение всего года. Например, у лиственницы сибирской колебание уровня нейтральных соединений происходит в пределах 2,9–9,6 %, а их основную долю составляют глицериды (ацилглицеролы), присутствующие в форме моно-, ди- и триглицеридов. Адаптивные реакции ацилглицеролов, как правило, выражаются в изменении их жирнокислотного состава. Вместе с тем до настоящего времени в научной литературе данные об этом отсутствуют, что, в свою очередь, значительно затрудняет познание адаптационных механизмов морозоустойчивых видов.

Цель работы. Настоящая работа является продолжением изучения метаболизма меристематических тканей почек хвойных пород Центральной Сибири и посвящена изучению сезонных особенностей метабо- лизма жирных кислот нейтральной фракции липидов, в частности кислот с 18 атомами углерода, преобладающих в составе ацилглицеролов.

Объект исследования . Меристематические ткани почек лиственницы сибирской ( Larix sibirica L.) – одной из основных лесообразующих хвойных пород Сибирского региона.

Методика. Общую липидную фракцию из меристем извлекали смесью растворителей хлороформизопропанол в соотношении 1:2 по объему [ 2, 3 ] в присутствии 1%-го ионола. Очистку липидов от примесей нелипидной природы проводили гель-фильтрацией через колонку с сефадексом G-25 [4]. Очищенный липидный экстракт упаривали на ротационном вакуумном испарителе (РВИ) при температуре 36–38 °С и разделяли на фракции на хроматографической колонке. В качестве адсорбента использовали силикагель Bio-Sil А 100-200 mech. Колонку c нанесенным липидным экстрактом промывали хлороформом. Скорость элюирования составляла около 3 мл/мин. При этом вымывались вещества нейтрального характера, в дальнейшем называемые нейтральными липидами. Экстракт, содержащий нейтральные соединения, упаривали на РВИ при температуре 36–38 °С, растворяли в 1%-м метанольном растворе NaOH и нагревали на водяной бане при 55 °С в течение 30 минут. Смесь охлаждали, подкисляли 5%-м метанольным раствором HCl и вновь инкубировали при 55 °С [5]. После охлаждения добавляли 0,5 объема дистиллированной воды и экстрагировали метиловые эфиры жирных кислот гексаном. Гексановый экстракт концентрировали на РВИ, а затем очищали метиловые эфиры жирных кислот методом ТСХ, используя стеклянные пластинки с силикагелем марки КСК Воскресенского химкомбината с размером частиц 100–200 меш. В качестве проявителя применяли бензол. Анализ метиловых эфиров жирных кислот проводили на газожидкостном хроматографе «Agilent Technologies» фирмы «Хьюлетт-Паккард» (США) с масс-селективным детектором, работающим в режиме электронного удара с регистрацией разделенных компонентов по полному ионному току. Колонка кварцевая капиллярная HP-5MC (длина 30 м, диаметр 0,25 мм, толщина слоя пленки фазы 0,33 мкм); начальная температура термостата колонок 150 °С в изотермическом режиме 3 мин, затем температура термостата колонок увеличивалась со скоростью 20 °С/мин; конечная температура термостата колонок 280 °С; газ-носитель – гелий. Идентификацию жирных кислот осуществляли по масс-спектрам (библиотека масс-спектров NIST 02.L) и индексам удерживания.

Результаты и обсуждение. Жирные кислоты в составе нейтральных липидов меристематических тканей почек Larix sibirica L. представлены 17 компонентами с различным числом углеродных атомов и двойных связей. Среди индивидуальных жирных кислот постоянно преобладала группа кислот с 18 атомами углерода (рис. 1). В различные сезоны года их общее содержание изменялось в пределах 50–60 % от общей суммы жирных кислот

Рис. 1. Сезонное изменение содержания основных групп жирных кислот

Группа жирных кислот с 18 атомами углерода включала стеариновую (С 18:0 ), олеиновую (С 18:1 ), линолевую (С 18:2 ) и линоленовую (С 18:3 ) кислоты. Содержание названных индивидуальных компонентов в течение года нестабильно: во вновь сформированных почках преобладала олеиновая кислота, в зимующих почках увеличивалось в первую очередь количество линолевой кислоты, а также линоленовой; олеиновой, напротив, уменьшалось (рис. 2).

Рис. 2. Сезонное изменение содержания индивидуальных жирных кислот типа С 18

В результате зимой общая сумма ненасыщенных ЖК с 18 атомами углерода увеличивалась почти на 20 % от их содержания в сентябре (рис. 3).

Рис. 3. Сезонное изменение содержания насыщенных, ненасыщенных и полиненасыщенных жирных кислот типа С 18

Весной в набухших почках Larix sibirica L. вдвое понижался уровень линолевой кислоты, в 1,5 раза – линоленовой; на 10 % увеличивалось количество олеиновой кислоты и на 35 % – стеариновой (рис. 2). Стеариновая (С 18:0 ) кислота по сравнению с другими кислотами этой группы обнаруживалась в меньшем количестве, однако на протяжении всего периода исследования прослеживалась устойчивая тенденция роста ее содержания. Наиболее значительно уровень стеариновой кислоты увеличивался в период вегетации, в результате в мае в набухших почках количество стеариновой кислоты на 43 % превосходило их количество в сентябре в молодых сформированных почках. В целом сумма кислот типа С 18 , составлявшая в зимующих почках Larix sibirica L. более 60 % от общего количества жирных кислот, весной снижалась до 50 % (рис. 1).

Для нормального функционирования и сохранения жизнеспособности в зимних условиях растительным клеткам необходимо достаточное количество полиненасыщенных жирных кислот (ПНЖК), имеющих две и более двойных связей. Увеличение количества двойных связей в структуре жирных кислот в условиях отрицательных зимних температур позволяет сохранить молекулярную подвижность кислоты и понижает температуру затвердевания. Анализ жирнокислотного состава нейтральных липидов Larix sibirica L. показал, что с наступлением суровых зимних условий ненасыщенность жирных кислот возрастала, а весной, с повышением температуры окружающей среды, – снижалась. В нашем случае количество ПНЖК в зимний период в меристемах почек Larix sibirica L. увеличивалось почти в два раза (см. рис. 3). Весной в набухших почках наблюдалось понижение доли ПНЖК, увеличение доли олеиновой кислоты.

Выводы. Таким образом, в климатических условиях Сибири ненасыщенность жирных кислот нейтральных липидов живых тканей Larix sibirica L.сильно зависит от условий окружающей среды (главным образом температурных), поскольку в количественных изменениях этих соединений прослеживается вполне определенная сезонная закономерность. Исследование жирнокислотного состава нейтральных липидов меристем зимующих почек и анализ его трансформирования при переходе к активной вегетации дают основа- ние полагать, что биосинтез полиненасыщенных жирных кислот – линолевой и линоленовой, содержание которых при формировании устойчивого состояния тканей увеличивается вдвое, является одной из адаптап-тационных стратегий, формирующих высокую морозоустойчивость Larix sibirica L.