Влияние засоления на углеводный обмен Phaseolus vulgaris

Л.А. Филатова, М.Г. Кусакина, Н.В. Орлова

Пермский государственный университет, 614990, Пермь, ул. Букирева, 15

Изучалось влияние засоления на содержание углеводов у фасоли обыкновенной. Установлены различия в накоплении различных форм сахаров у растений.

Углеводы составляют до 80% от сухого вещества растительного организма. Растворимой частью этих соединений являются моно- и дисахара. Образуясь первично в процессе фотосинтеза, сахара уже в мезофилле используются как субстраты для метаболических реакций. В то же время они служат осмотически активными соединениями для поддержания клетки в тургесцентном состоянии. Уже в пределах той же клетки часть сахаров выделяется в фонд транслокации, поскольку именно сахара являются основной транспортной формой органических веществ в растениях (Холодова, 1978).

Система углеводного обмена выполняет еще одну функцию: участвует в адаптации растений к неблагоприятным внешним воздействиям. Особый интерес представляет вопрос о роли углеводов у растений в условиях засоления. На клеточном уровне в основе приспособительных процессов растений к осмотическому действию солей лежит биосинтез осмолитов в цитоплазме и накопление неорганических ионов в вакуолях (Briens, Larher, 1982).

Осмотический эффект-избыточная концентрация солей в почве приводит к недостатку воды в тканях растений. При длительном водном дефиците снижается активность ферментов синтеза и активируются гидролитические процессы, в частности гидролиз полисахаридов, что ведет к накоплению в тканях растворимых углеводов (Колупаева, Трунова, 1994).

В состоянии стресса перестройка углеводного обмена у растений заключается не только в увеличении концентрации растворимых углеводов, но и в изменении их распределения по компартментам, что является условием реализации их защитных функций (Колупаева, Трунова, 1994).

В связи с важностью такого рода показателей целью нашей работы явилось изучение особенностей углеводного обмена, сопоставление свободной и компартментированной фракций растворимых сахаров у растений фасоли на ранних этапах онтогенеза в условиях засоления.

Растения выращивали в водной культуре. Для этого предварительно замоченные и проросшие в отстоянной водопроводной воде семена помещали для дальнейшего роста по вариантам:

• 1)    контроль – отстоянная водопроводная вода + питательная смесь Прянишникова (ПС);

• 2)    0,2% хлористый натрий + ПС;

• 3)    0,38% сернокислый натрий + ПС.

Осмотическое давление растворов соответствовало 0,14 МПа. Анализы проводили в 3 срока: на 7-й (1-й срок), 9-й (2-й срок) и 12-й (3-й срок) дни прорастания проростков.

Растворимые углеводовы опредедяли по методу Хагедорн-Йенсена (Сказкин и др., 1958).До гидролиза определялись моносахара, после гидролиза – сумма всех растворимых углеводов. О содержании сахарозы судили по разнице этих двух результатов. В каждом опыте использовались два режима работы: для легкоизвлекаемой фракции, которую мы условно назвали свободной (СФ), экстракция проводилась в течение 10 мин.; для извлечения общего сахара (ОС) – 30 мин. По разнице этих двух результатов находили содержание трудноизвлекаемых сахаров – компартментированной фракции (КФ).

Как показали результаты наших исследований, у растений в вариантах с засолением, особенно с сульфатным, наблюдалось резкое повышение содержания растворимых сахаров по сравнению с контролем. Это повышение произошло за счет как моно-, так и в большей степени дисахаров. Действительно, в состоянии солевого стресса растения, как уже отмечалось, нуждаются в достаточном количестве углеводов, в чем многократно убеждались многие исследователи (Строгонов, 1973; Колупаева, Трунова, 1994 и др.).

При решении самых разных проблем физиологии растений необходимо учитывать характер компартментированности вещества в пределах отдельных зон клетки или ткани (Холодова, 1978). Компартментация проявляется в том, что в определенных физиологических процессах или биохимических реакциях участвует не вся масса присутствующего в клетке или ткани вещества, а только некоторая часть его. Необходимость компартмен-тирования низкомолекулярных углеводов определяется многообразием функций, которые выполняют многие из них на уровне отдельной клетки.

Все методические приемы для изучения компартмента-ции базируются на обнаружении одного из двух основных проявлений неравномерности распределения сахаров – различий в концентрации или функциональной неоднородности (Ходос, 1975).

Как показали наши исследования (табл. 1), у растений в присутствии солей, особенно сульфатов, повысилось общее содержание растворимых сахаров как в свободной, так и в компартментированной фракции, по сравнению с контролем, но при этом произошло перераспределение их моно- и диформ.

Таблица 1

Содержание растворимых углеводов в свободной и компартментированной фракциях (% на сырую массу)

Срок иссле-дова-ния	Варианты опыта	СФ, M ± m	КФ, M ± m
1	Контроль	0.29 ± 0.002	0.61 ± 0.019
	NaCl	0.37 ± 0.007	0.88 ± 0.020
	Na 2 SO 4	0.46 ± 0.011	0.95 ± 0.009
2	Контроль	0.25 ± 0.003	0.67 ± 0.020
	NaCl	0.39 ± 0.010	0.85 ± 0.014
	Na 2 SO 4	0.43 ± 0.013	0.96 ± 0.031
3	Контроль	0.27 ± 0.011	0.59 ± 0.007
	NaCl	0.38 ± 0.003	0.90 ± 0.013
	Na 2 SO 4	0.39 ± 0.004	0.91 ± 0.024

Моносахара увеличили свое содержание в свободной фракции, тогда как в компартментирован-ной их количество почти не изменилось (табл. 2).

Таблица 2

Содержание моносахаров в свободной и компартментированной фракциях (% на сырую массу)

Срок иссле сле-дова-ния	Варианты опыта	СФ, M ± m	КФ, M ± m
1	Контроль	0.13 ± 0.003	0.34 ± 0.004
	NaCl	0.24 ± 0.002	0.32 ± 0.011
	Na 2 SO 4	0.27 ± 0.008	0.37 ± 0.003
2	Контроль	0.15 ± 0.004	0.39 ± 0.005
	NaCl	0.22 ± 0.004	0.37 ± 0.009
	Na 2 SO 4	0.19 ± 0.003	0.42 ± 0.012
3	Контроль	0.16 ± 0.004	0.31 ± 0.005
	NaCl	0.22 ± 0.002	0.41 ± 0.013
	Na 2 SO 4	0.19 ± 0.004	0.39 ± 0.004

При солевом воздействии регуляция осмотического давления осуществляется преимущественно за счет биосинтеза в цитоплазме низкомолекулярных органических соединений – осмолитов, таких как пролин, глицин-бетаин, пинитол, маннитол. Они могут накапливаться в цитоплазме до концентраций в несколько сот микромолей на грамм. Необходимым условием образования пинитола и маннитола является наличие моносахаров (Алехина и др., 2005).

При участии моносахаров также образуются органические кислоты, которые, как отмечает Б.П. Строгонов (1973), могут связывать минеральные соли и переводить их в химически активные состояния.

По мнению А.Л. Курсанова (1976), особенно важны для превращения в цитоплазме вновь образованные, «молодые» продукты фотосинтеза, поскольку они состоят главным образом из фосфорилированных, т.е. активированных молекул, не требующих дополнительных энергетических затрат для вовлечения в активные процессы. К тому же, выходя из хлоропластов, эти вещества в первое время еще не защищены мембранами от прямого воздействия ферментов.

В содержании сахарозы, в отличие от моносахаров, было отмечено преимущественное увеличение ее компартментированной фракции у растений опытных вариантов по сравнению с растениями в контроле (табл. 3). В свободной фракции эти изменения менее заметны и менее упорядочены. Очевидно, в компартментированной форме сахарозаэто тот фонд, который может быть востребован клеткой в случае необходимости.

Таблица 3 Содержание сахарозы в свободной и компартментированной фракциях (% на сырую массу)

Срок иссле-дова-ния	Варианты опыта	СФ, M ± m	КФ, M ± m
1	Контроль	0.16 ± 0.002	0.27 ± 0.006
	NaCl	0.13 ± 0.005	0.56 ± 0.003
	Na 2 SO 4	0.19 ± 0.001	0.58 ± 0.011
2	Контроль	0.10 ± 0.004	0.28 ± 0.010
	NaCl	0.17 ± 0.003	0.48 ± 0.008
	Na 2 SO 4	0.24 ± 0.005	0.54 ± 0.015
3	Контроль	0.11 ± 0.004	0.28 ± 0.008
	NaCl	0.26 ± 0.004	0.49 ± 0.013
	Na 2 SO 4	0.20 ± 0.001	0.52 ± 0.003

Помимо других функций сахароза может осуществлять регуляцию развития тканей. Согласно концепции Ю.В. Гамалея (1996) о клеточносетевой организации растений, рост их осуществляется посредством протекания потока ЭС (эндо- плазматической сети) по градиенту давления из клетки в клетку, что инициирует их деление.

Таким образом, у растений в присутствии солей, особенно сульфатов, общее содержание растворимых сахаров возросло как в свободной, так и в компартментированной фракции по сравнению с растениями в контроле. При этом произошло перераспределение их моно- и диформ. Первые увеличили свое содержание в свободной фракции, тогда как вторые – в компартментированной.