Влияние микроэлемента цинка на рост и аминокислотный состав растений рода Amaranthus

При решении проблем интродукции необходимо выяснение механизмов адаптивных стратегий выживания интродуцента [1,4]. Ранее нами была выявлена чувствительность роста амаранта к пониженным температурам и переувлажнению [2,3]. В связи с этим была предпринята попытка повысить устойчивость амаранта к экстремальным условиям произрастания , используя для этого микроэлемент цинк . В литературе отсутствует информация о его протекторной роли в повышении стрессустойчивости растений рода Amaranthus. в начальный период его вегетации . Для реализации этой цели была поставлена задача изучить показатели роста и дать оценку изменения аминокислотного состава амаранта после обработки цинком .

Характерным признаком для всех растений , страдающих от недостатка цинка , является задержка роста , в частности , почти полное прекращение роста междоузлий . Причём разные виды растений сильно отличаются по своей способности поглощать цинк из почвы . Так , сорные растения характеризуются более высоким содержанием цинка , чем культурные [5]. Физиологическая роль цинка у растений рассмотрена в ряде обзоров [2 ,4, 6, 7].

Материалы и методы исследования. Растения амаранта были выращены в условиях мелкоделяночного и полевого опыта на дерновоподзолистой почве. Опыты были проведены на растениях следующих видов и сортов амаранта: Amaranthus cruentus L., Amaranthus mantegazzianus Passer. Семена амаранта обрабатывали порошком ZnSO4 7H20 за несколько часов до посева из расчёта 1 и 2 кг на 10 кг семян амаранта. Отбор проб проводили в разные сроки фаз вегетации и начала бутонизации. Распределение биомассы по органам определяли весовым методом по общепринятой методике. Анализ аминокислотного состава был проведён в фазу бутонизации. Содержание суммы связанных и свободных аминокислот определяли в солянокислых гидролизатах высушенных листьев на аминокислотном анализаторе марки ААА-339 (Чехословакия). Статистическая обработка данных проведена с использованием пакета программы Microsoft Excel.

Результаты исследования и их обсуждение . Амарант был выращен при воздействии различных климатических условий , характерных для данного года . Данные по росту надземной и подземной части амаранта в начальный период вегетации представлены в табл . 1.

1. Влияние микроэлемента цинка на продуктивность сухой биомассы разных видов и сортов амаранта в разные сроки , фазы вегетации – бутонизации .

В таблице приведены данные по продуктивности биомассы надземной и подземной частей амаранта разных видов и сортов в разные сроки начального периода вегетации без обработки и после обработки цинком. Пробы от 16 и 27 июня были взяты после воздействия на растения низких положительных температур и условий переувлажнения (27 июня), а 11 июля – после воздействия атмосферной засухи. Следует отметить, что в экстремальных условиях роста в начале вегетации растения A.manteg. росли хуже, чем другие виды и сорта. Растения этого вида оказались наиболее чувствительными к пониженным температурам и избыточной влаге в начальный период своего роста. По данным [5] доля корней у амаранта составляет в среднем 10% и корни наиболее страдают от пониженных температур. Вес корней у растений A. cruentus был почти в 2 раза выше, чем у других видов и сортов. При анализе степени прироста отдельных органов в присутствии цинка у видов и сортов выявлена органо, видо- и сортоспецифичность амаранта в отношении цинка. Как следует из табл. 1 наиболее эффективно цинк проявил свою ростостимулирующую активность в отношении корней A. manteg. Прирост корней A. manteg. и A.cruentus под влиянием цинка был выше по сравнению с листьями и стеблями. Из полученных результатов можно сделать вывод, что цинк эффективнее подействовал на рост A.manteg. во все периоды вегетации. На растениях A.cruentus в начальный период вегетации не отмечено действие цинка, но его ростостимулирующий эффект появился позже (табл.1).

В настоящей работе также проведён анализ аминокислотного состава листьев A.cruentus после обработки цинком .

Нами было идентифицировано 16 аминокислот : цистеин отмечается только в виде следов , триптофан не определялся . Особенно много в листьях у « цинковых » растений содержится лейцина (10,4%), аргинина (6%), лизина (5,9%), валина (5,5%) и треонина (5,3%). Из заменимых аминокислот : глютаминовой кислоты (15%), аспарагиновой кислоты (8,5%), аланина (7%), пролина (5,9%). Цинк простимулировал синтез лизина на 35%, аргинина на 26,5%, треонина на 1,6%, изолейцина на 19,35%, валина на 19%, глицина на 24%, аланина на 20,2%, серина на 17,9%. На основании полученных данных по аминокислотному составу можно сделать вывод , что под действием цинка по сравнению с контролем повышается содержание незаменимых аминокислот в среднем на 20%, что делает белок амаранта « цинкового » варианта более полноценным . В листьях амаранта под влиянием цинка наблюдается увеличение содержания адаптогенных аминокислот : глютаминовой кислоты , глицина , аланина и пролина . Накопление гидрофильных аминокислот создаёт благоприятное окружение белковых молекул , что приводит к повышению их устойчивости к денатурирующему действию неблагоприятного фактора : пониженным и повышенным температурам .

Заключение . Цинк обладает ростстимулирующей активностью в условиях гипотермии и переувлажнения и сохраняет ростовую функцию у амаранта при воздействии атмосферной засухи .

Цинк повышает содержание адаптогенных аминокислот в листьях амаранта , которые стабилизируют белковые молекулы : глицина , аланина , пролина и глютаминовой кислоты .

Под воздействием цинка в листьях повышается содержание лизина , что делает белок амаранта более полноценным .

ЛИТЕРАТУРА : 1. Гродзинский , Д . М . Адаптивная стратегия физиологических процессов растений // Тимирязевские чтения . - Москва : Изд - во АН СССР , 1986.- 50 с . 2. Муравьёва , А . С . Аминокислотный состав амаранта и температурная адаптация // Статья депонирована в ВИНИТИ , № 521- ВОО .- 2000. - 16 с . 3. Муравьева , А . С . Особенности адаптации растений рода Amaranthus к экстремальным условиям произрастания на севере Среднего Поволжья / А . С . Муравьева , А . Ф . Врачев , П . А . Барсуков // Современные аспекты экологии и экологического образования : Материалы

Всероссийской науч . конф . – Казань , 2005. – С . 141-142. 4. Петровская - Баранова , Т . П . Физиология адаптации и интродукции растений . - М .: Наука . 1983.- 151 с . 5. Rogers L.H., Gall O.E., Barnette R.M. The zinc content of weeds and volunteer grosses and planted landcovers //Soil. Sci.- 1939. - V. 47, N3.- P.237-243. 6. Marschner H. Mineral Nutrition of higher plants L.: Acad. Press. 1977. - 889 p. 7. Prask J.A., Plocke D.J. A role of zinc in structural integrity of the cytoplasmic ribosomes of Euglena fracilis // Plant physiology. -1971. -V. 48. - P.150-155.

ВЛИЯНИЕ МИКРОЭЛЕМЕНТА ЦИНКА НА РОСТ И АМИНОКИСЛОТНЫЙ СОСТАВ РАСТЕНИЙ РОДА AMARANTHUS

Муравьёва А . С , Барсуков П . А , Куликов Ю . А .

Резюме

Изучена роль микроэлемента цинка в повышении стрессустойчивости растений рода AMARANTHUS L. в экстремальных условиях роста : гипотермии , переувлажнения и атмосферной засухи . Установлено , что цинк обладает ростостимулирующей активностью в условиях гипотермии и переувлажнения . В результате предпосевной обработки семян цинком в листьях синтезируется больше стрессовых аминокислот : глицина , пролина , аланина и глутаминовой кислоты . Накопление гидрофильных аминокислот ( осмотически активных веществ ) способствует созданию благоприятного окружения белковых макромолекул и удержанию воды в условиях засухи .

THE EFFECT OF TRACE ELEMENT ZINC ON GROWTH AND AMINOACID COMPOSITION OF AMARANTHUS L. PLANTS

Muravieva A.S, Barsukov P.A, Kulikov U.A.