Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Исследование фенольных соединений ячменя в связи с морфофизиологической изменчивостью растений

ВАК РФ 03.00.12, Физиология и биохимия растений

Автореферат диссертации по теме "Исследование фенольных соединений ячменя в связи с морфофизиологической изменчивостью растений"

.1/. 1 2 3.2

"АКАДЕМИЯ НАУК РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ БОТАНИКИ им. В. Ф. КУПРЕВИЧА

На правах рукописи

ПОПЛАВСКАЯ Раиса Степановна УДК 581.14:581.143:577.13

ИССЛЕДОВАНИЕ ФЕНОЛЬНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ЯЧМЕНЯ В СВЯЗИ С МОРФОФИЗИОЛОГИЧЕСКОЙ ИЗМЕНЧИВОСТЬЮ РАСТЕНИЙ

03.00.12 — физиология растений

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Минск 1992

Работа выполнена в лаборатории роста и развития растений Института экспериментальной ботаники им. В. Ф. Купре-вича АН Беларуси.

Научный руководитель — кандидат биологических наук

Официальные оппоненты: доктор биологических наук А. П. ВОЛЫНЕЦ кандидат биологических наук Г. П. КУДРЯВЦЕВ

Ведущее учреждение: Институт почвоведения и фотосинтеза РАН (г. Пущино)

Защита состоится 1992 г. в ча-

сов на заседании специализированного совета К 006.04.01 пс защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата биологических наук при Ордена Трудового.Красного Знамени Институте экспериментальной ботаники им. В. Ф. Купревича АН Беларуси (220072, г. Минск, 72, ул. Ф. Скорины, 27).

С диссертацией можно ознакомиться в Центральной научной библиотеке им. Я. Коласа АН Беларуси.

Автореферат разослан «<¿2» _у 1992 г.

Н. А. ЛАМАН

Ученый секретарь спецнализирова совета, кандидат биологических

РОГУЛЬЧЕНКС

РОССИЙСКАЯ

.-.шт. характеристика работы БИБЛИ01£КА

Актуальность темы. Полифенолы чрезвычайно широко распространены в растительной мире и представлены множеством различных классов соединений. Достигнут огромный прогресс в облает биохимии этих соединений, выявлено большинство ферментов, функционирующих на пути их биосинтеза, в определенной степени изучены процессы каТабо*ического превращения флавоно-идных структур (Запромегов, 1968). Однако количественные аспекты метаболизма фенольных соединений изучены недостаточно. Многие сведения, касахщиеся особенностей накопления полифенолов в онтогенезе растений з настоящее время разрознены; относятся к разный видам растений и фазам их развитая (¡¿лнаева, 1$7ъ). Систематические исследования, выполненные на одном объекте в разных условиях внешней среды весьма незначительны. Отсутствие таких данных не позволяет судить о Фом, какими иг-ханизмами контролируется накопление фенольных соединений в растительных тканях в онтогенезе При изменении факторов внешней среды.

Внимание к проблеме физиологической роли фенольных соединений кз ослабевает в течение многих десятилетий. Существует, мнение, что они оказывая? влияние на процессы фотосинтеза (Волынец, Прохорчик, 19ЬЗ; Лузафароз, 1990), важна экологическая роль фенольных соединений и их участие з протесах дкг-нифнкации (Ханнна, 1991; Осипов, 1979;сго5з . 1979), известны данные о роли полу.фенолоз в формировании иммунитета растений (:т1<?.-;г. , 1979). Бе вызывает сошганкй ватная роль поли-фенслов а прэцзссех роста к морфогенеза (Кефели, 1975; Вота-иец, 1?с0). Вместе с теи, несмотря на обилие экспериментального катер-га-т^ вопрос о роли фенольных соединений в жизни

растений все еще дадек от разрешения. При -чрезвычайном разнообразии строения и распространенности этих соединений у растений нет сомнений в биогенетическом.единстве всей час-иного-, тысячной семьи (Марша, 1990). Поэтому можно предполагать о существовании общей-функции, которую выполняют эти соединения у разных видов растений.

Лзучение особенностей■накопления феноль галс соединений в онтогенезе в изменяющихся условиях внешней среды, их связи с морфофизиологическими показателями растений принесут полезную информацию и будут--способитвозать разрешению вопросов, связанных с регулированием накопления фенольных соединений в'онтогенезе и их физиологической ролью.

Нель и задачи исследования. Целью настоящей работы явилось изучение особенностей накопления- фенольных соединений в онтогенезе растений ячменя в связи с их морфофизиологической

изменчивостью при воздействии различных факторов среды. Иссле-

йзменения

доввния проводили в условиях естественного режима освещения и азотного питайия.

■Научная новизна. Впервые в листьях ярового ячменя идентифицированы ферулоилхинная й ферулоилшгашовая кислоты. Показано накопление в определенных условиях внешней среды значительных количеств флааоноидоз, относящихся к минорным компонентам флааоноидного комплекса ячменя. Проведено изучение особенностей накопления флавоноидоз и производных оксикорич-нсй кислоты а листьях ярового ячменя сорта Роланд в различных условиях освещенности и азотного питания, устаноолен колебь-тольиь-й характер накопления и закономерное изменение в соотношении индивидуальных фльзонездов в онтогенезе. Рассмотрена зс-висилжгть изменения морфоф;:эиологачг*ск/х пол^ЗиТ^-дей ярового яч-

!.:зня от особенностей накопления фанолыкх /соединений' в процессе роста и развития растений. Установлено наличке положительной корреляционной связи кеяду интенсивностью накопления апигенкнозых производных и интенсивностью кущения, интэнспз-ностыо накопления латеолкнозых производных п впсотой растений, отношением cyioaí производных оксикорггчной кислота к содерпсанга сапонарина н разке paim листовых пластинок. Сделало.предположение о том, что флавоноиды способствуют ритмическому изыененнзэ уровня ИУК в апексе побега. '

Практическое значение работа.- Результата работы иогут быть прюлэнены- з развстни представлений о закономерностях фз~ нольного обмено в онто.генсзэ, физиолоигязскбЯ роли этих ссз-динений в процессах роста и развития: -

Объем и структура дкссеотагопт; Диссертац^!. изложена ка 158 страницах машинописного текста и состоит из введения, четырех глав, выводов, списка цитируемой литературы и приложения. Работе иллюстриров ана 22 рисункаш и содерхи? 33 тябли-ш. Список литературы актачает 295 источников; в т.ч. 120 иностранных. Прилозенкз прздставлеио на 30 страницах.

Объект и изтош исследований. Объектом исследования служили сорт ярсзогэ ячгяня Роланд, сортосбрэзец селекции Белорусского HIM асмкодеяия - Яятснсизгсгй, сортообрззгц cs-ле-дрт! ГД? - HKS 91/76.

Исследогчння проведу.,":! в условиям вогетпцяо^^гс отл-ов ?• I2tí5-I9S9 годе"» В водной культура гаупзлп глняигэ г'-аоний-:-:ого нлтр^гногэ апста на накоплен;'« я z::zrb.ix ::

!:эг*с-£:!зизлсг:пг:с;" гохгзптгг:« рлг.тзтс"-!« агг^зили

р.а с?;?гп Киг*г: -„,. - rv-rcr-r/^icrc rnc1» ¿»го? зс:-^-

вариантов по содержанию азота-

Растения в водной культуре и в почве выращивали в условиях различных световых режимов:, при естественном освещении; в застекленном вегетационном домике; с применением специальных фильтрующих пленок, избирательно.поглощающих длинно- и средневолновую УФ-радиаци».

Содержание флазоноздов и оксикоричных кислот определял/ з листьях главного побега во время завершения линейного рост; их листовых пластинок.

Применяли, метод восхрдящей одномерной хроматографии на бумаге в системе 4:1;5 (изобутанол-уксусная кислота-вода)» Использовали бумагу Piltrak ИЗ. Принцип метода изложен в работах (;,:ar;na ,:¿arsna , 1969; Волынец, 19Ь0).

Спектрофотоыетрически определяли оптическую плотность элюато'..: при длине волны 340 нм - опигенинозые производные, 353 км - лютеолиновке производные, 325 нм - оксикорцчные кис ло.ты (Hnrborn , 19Ь4). Для расчета содержания (ряаво-ювдоа использовали коэффициенты полярной акстинкции - 1,Ы>хЮ^ (лютеолиновке производные), 1,75x10^ (апигекинозие произвидные) (Лаанест, 1976). Для определения содержания ферулоилхш ной и ферулоилшинимовой кислот использовали калибровочный график, построенный по хлорогеновой кислоте (кофешхшной).

Полученные данные выражали в mk¿¡/г абсолютно сухой би< массы, мк-а/ди1* площади листа, мкЫ/лист.

Для оценки роста и развития растений ячменя определял; р.усоту, еарув б и см а с; су, общее количество побегов кущения од нэго растения, количество листьев на главном побеге, длину, .::;:p¡í>'y, лло^дь листовых пластинок. Данные биохимических и ^¡»^•Физаслогкиес^их анализов обрабатывали статистически

(Доспехов, 1965). УФ-спектры ферулоилхкнной и ферулоилшикимо-вой кислот (¿нииали на ¿pecord uv , спектры-фяавоноидов -на СФ-26.

РЕЗУЛЬТАТЫ А ИХ ОБСУВДШИЕ

Отдельные группы фенольных соединений ячменя исследованы достаточно подробно. Так, в листьях идентифицированы флавоно-

ады: сапонзрин (saikel «c-sissnas , 1957), лютонарин

<

Bushr.ell , 1959), З-метилозый эфир лютонарина (¿eike], 3ush-яэ11 ,3irzçaiis , 1962), Хризоэриол C_hatia .Xauciial , 3ajaj , 1972), трицин (Виленсккй, i960). Показано присутствие а стеблях свободных фенольных соединений: феруловой и си-наповоЗ кислот, ванилина, пигмента антоциановой природы, связанных феруловой, синапозой и п-кумаровой кислот, оксибензаль-дегида (Прусакоза, Зенищева, Лекеш, 1971). На основании данных (Виленский, i960), комплекс фенольных' соединений ячменя включает 20 компонентой, при этом, отмечено, что среди фенол-карбоновых кислот выделяются изомеры хлорогеноьой, феруловой и п-кумаровой кислот.

В назкх опытах ю всех исследуемых экстрактах из листьев ячменя присутствовали сапонарин, лютонарин и его ¿-кети-лоикЛ эфир. При зыращиаании растений в застекленном вегетационном домике, в водно;: культуре, а также в погодных условиях. I9b9 года было отмечено накопление в значительных количествах дополнительно еще двух соединений флазоноидной природы. На основании хромвтографической подвижности в разных системах рзстьорптелей (рис. I), а таксе по наличия двух максимумов поглощения в У1>-сле;страх этих веществ в области 270 им и ЗЗо нм, спи были предварительно вдентифицирозены- как спиген;;.чозыо прокзьодныз - сапонарзтин и витексин .

Büß. I. Схема двумерной хроыа-Torpsiaoi из листьев ячменя: I - дитонарин; 2 - 3-иетиловыЯ ефир литонарина; 3 - сапонь-рин; 4 - предположительно ви-тексин; 5 - предположительно 7 сапонаретин; о - шк- и транс-w ферул оилхшшая кислота; / -

цис- и транс-ферулсилзикимова/ _ кислота. Система I - изобута-(J нол^укоусная кислоть-вода

(4M :5); система ü - 5fr уксус. нал кислота.

,0,2 0,4 0,Ь 0,0 1,0

Помимо флавокоидов в листьях ячхеня присутствует в значительных колячзствах два соединения, когорте и-юят голубую„ .флссрэсдэнцет в ¿'¿-светс, пгреходггцую в галубозато-гедтуя в парах ¿.-с^шкл, более подзишиа ь бутанольной cüjci: и бодньзс уксусной кислоты, чем фпаЕоноиду {еецаетва Ь в 7, р::с. I). ¿ронатографические подвизность, свечаниз б ¿'-¿-свете образовала цнс- и трйнс-лзсцароь- указка«? яа тс, что ото про из а од,'il; з окешгорячной кяслоти (Бкщзкоза, 19оЗ). Бецгстаа 6 ц 7 .практически нг гцдролкзувтея 2у'/ HCl в течений 20 кину пря 100°Р, и в то zo ¿роил полностью гпдролкзувтея 2J/y/e'Jü ' са I час Rp:i ко^иатноГ; тешергтури, чуо со, что

его гф-га С steck , , гие'мг , -XföO).

Gm« ¡:xec? одгш об-т^гГ; продукт цглс«гпого гддролнза - фэ-$y£0&yg> кислоту, что било подтверздеко лро^атографцровшазу продуктов гцдрогизо с 13?ч:шо:л, спяти-гм ¿'¿-сгс-ктрзв. Такка образов, сецества 6 и 7 являетея зфиразз фзрулсисй кислоты.

У&-спак?ра веществ 6 и 7 (рас. ¿„35 ке идентичны, хотя «хзест один общий квкснцуи поглощения ¿> области 325 ну.

Вгцзство о при азишатогрьфпрзэан^г; je ряде селэкпйы&х.

:нстеы оказалось идентичным Rf ферулоилхинной кислоты I Steck » 1567; Сеьликов, Драник, Макарова, 1970; Levy Mucker , i960), з то время как Hf вещества 7 - значительно »тличалось. Среди продуктов щелочного гидролиза вещества 6 фисутствует хинная кислота. На основании проведенной идентификации вещество I отнесено к ферулоилхинной кислоте.

Рис. 2. УФ-спектры вещества 6 в метаноле при добав-0,40 лении КОН (I), в метаноле

\ при добавлении AICI3 (2), в метаноле (3). :

0,20

О

К 0,60

0,40"

0,20

360 400 ■ 600 км

Рис. 3. УФ-споктри вещества 7 \феруло:-л:зих^2юзоГ; кислоты).в метаноле при добавлении*К0п (1), ; метаноле при добавлении

У___у AICI3 (2), в метаноле (3).

260 300 ЗЬО 400 600 ни -

Использование цветных реакций, сравнение продуктов щелочного гидролиза вещества 7 с , которые приводятся з литературных источниках, позволило сделать вывод,'что вещество. 7 является ферулоилшикимовсй кислотой. В пользу этого говорят и особенности хроматографнческой подэизаюсти этого :оед!:кения. Хотя и г;м!и?гозап, и хинная кислоты кмеат одинако-зкз игкыалуии поглощения в Уй-свете, однако косффицкент коля-

с

рной экстинкции у шикимааой кислоты иа порядок и более зыша, чем хинной ( Наз1аи .» На^огги 1 Кпо-»1ез » 1963)» поэтому эфдры оксикоричных кислот с шшшмовой кислотой в отличие от эфиров с хинной, кислотой, по-видииоыу, имеют максимум поглоще ния и в коротковолновой области, как это мы наблюдаем у вещества 7 - ферулокпдшкимоаой кислоты (рис. 3).

Таким образом» на основании исследования хрсматографиче ской подвижности, продуктов гидролиза, УФ-спектров, использования цветных реакций исследуемые вещества идентифицированы как ферудоилхинная (вещество 6) и ферулоилишшмовая (вещество 7) кислоты. Присутствие этих соедкнакий у ярового ячменя описано впервые»

Особенности накопления флавоноидов и производных оксико ричной кислоты в листьях ячменя, их связь с морфофизиологичес кими показателями. Для выяснения начальных этапов накопления флавоноидов изучали их содержание в зеленеющих отполированных проростках ячменя сорта Роланд..

Первым соединением, накапливающимся на свету, является сапоиарин» Кто содержание резко возросло в течение первых дну суток после, освещения. Накопление латонзрша и его 3-метилово го эфира шло с некоторьш отставанием во времени (рис. 4). К началу восьмых суток сумма флавоноидов. представлена почти полностью лютеолиновыми производными и соответствовала по уроен содегянниш сапонаркна до момента его снижения (ск.рис. 4 а,б) Характер накопления флавоноидов при выражении результатов а кки!/г и мкЪ^дм*" площади существенных различий не имеет. Результаты опыта поз уолнот предположить, что снижение уровня фяксоноидов определяется непрерьшным уменьшением лютонарина при постоянном содеркан/.и сапонзрина и З-мстилового офира лю-

гонарина, что может свидетельствовать о взаимопревращениях индивидуалъ'Ных компонентов флавоноидного комплекса ячменя.

Рис. 4. Изменение содержания флавоно-идов в этиолироиан-ных проростках ячменя сорта Роланд при зкспонирозании их на свету: А - ? икН/г, Б - мкО/руг. I - сапонарин, 2 -3-иетиловыи эфир лютонарина, 3 - лю-3 А тонарин, 4 - сумма июнь всех флавоноидов,

При изучении особенностей накопления флавоноидов в онто-'енезе- растений ячменя, выращенных в разных условиях светового >ежима наблюдали резкое снижение содержания флавоноидов а ли-:тьях третьего и седьмого ярусов на главном побега (рис. 5). !ри функционировании флагового и предфлагового листьев также тыечено несколько минимумов на кривой накопления флавоноидов. х совпадение по времени сведетельстэует о синхронности коле--ашй.- При выражении результатов в мкЦ/дм^ площади листа у лагового и предфлагового листьев направление колебаний моает зменяться на противоположное <рис. 6), что возможно является яедствиец интенсивного оттока ассимилятов к органам плодоно-зния.

4/г

№

к^/ди^

и

т 50

-) : 30

V и 1 * 10

7 о(£л) I 3 о ? й(фл)

Р У С !,! л и с т ь. е в

' 7

Рис. 5. Содержание флавоно« идоз а листьях главного побега ячменя сорта Роланд, выраженного в условиях естественного освещения (А -ик4/г, Б - мкц/да'- .). Услс-обозкг.чекг.я:

СП- су ¡'¿¡а зсех флавоноидов; .

ез- сапонарин;

О- сутаз латеолинозга: производных.

мкш/г 90

.70 50

30 10

£о? но? пор

'ис. Ь. Изменение содержания флавоноидов в процессе старения флагового листа ячменя сорта Роланд, выращенного в условиях естественного освеще ния (I - сапонарин, ык!Д/г; 2-сумиа лютонарина и его З-мет; ловогс офира, игЛ/т; 3 - суьа всех компонентов флавоноидно1 коглплзкса, ик'Л/г; 4 - сумма всех компонентов флавоноидно-комплекса, мкД7дм2 ).

В застекленном вегетационном домике первый минимум отмечен во время развертывания 2-го листа, второй - 4-го и 5-гс листьев, в седьмом и флаговом "листе происходит третье снижен! содержания флавоноидов," Т,о-., под стеклом ко времени развертг вания флагового листа отмечено на один минимум больше, Чем при естественном освещении. Колебания содержания флавоноидов а процессе функционирования листьев 1-го и 2-го ¿труса имзат. •:аксй де характер (рис. 7, В). мк-1/ г

¿а 20 1о 10

Р

Рис. 7. Содержание алавоноэдо

В ЛИСТЬЯХ ЯЧМ&НЯ Сорта Г0Л£НД выращенного в заставленном вегетационной домике.

Условн.обозначения:

сл.- суша сапонаретша и витексина; для сапона-рина, лютеолиновых производных и суъа1ы

fIaвoнoидoв {см.рис.Ь) ,5,6,7-ярусы листьев.

•1 2 3 4 0 6 7 /6 23 2530 г г ю

. клй ИЮНЬ

Ь процессе старения флагового листа также наблэдаютег колебания а содержании фльноноидо», как при выражении данньо • . обсоло'.'нс. сухой баокассн, так и г Ма».!/л;;ст. Однако

направление кривых в одних и тех же точках может иметь противоположный характер, что и у растений в опыте с естествен-

ным освещением, (рис.. 9), <и!/г

30'

20

10

мкЛДист

Рис.В. Содержание фяа-воноццов в первом (1-4) и втором листьях (Г-4') в процессе их старения: У* КГ) -к сумма"ьсёх'сое-• динений, мк4/г: 2(2')-

сапэнзрин, мкл/г; 3(3)-4? сумме дютеолиновых производных, мк*4/г; 4(4*-ф сумма всех соединений б мЫ/лйст. Растения вы-м ращены в застекленном г1" вегетационном домике.

1,2,3,4,5,6,7 очередных Об листьев на главном побеге

&

дг • "

16 23 25 30 2 м а й -

г 2 з 1 . а и

7 10 13

ишь Ь 7.7

Зри естественном освефнии в листьях ячменя содеряание флазоноидов в 1,5-2 раза выте, чем в застекленном вегетационном домике, однако под стеклом у растений отмечается тенденция возрастания минимальных уровней по отношении к максимальным, обусловливающая и ШНьшуа амплитуду колебаний.

й/г

:,0

Рис. 9. Содегнсание фла-воноидов во флаговом листе в процессе его •устарения: I - сумма всех соединен»"!, мкМ/г;

2 - сапонарин, мкУ/г;

3 - сумма лютеолинопых ПрОИЗоОДНЬГХ, МКш/г,' 4 -

мма сепонарстина и гитексина, илИ/'г; 5 -сумма всех соединений, ШОа/лИСТ.

/ЖЗ ЗОЗ СС? /ГО? (ЗО?

Таким образом,, накопление флавоноидов в листьях растений ячменя имеет характер синхронных колебаний.» ^тлитуда колебаний тем вше, чем интенсивнее процесс накопления флавоноидов. Частота колебаний, по-видимому* такке зависит от условий выращивания растений. _ '

В листьях главного побега происходит закономерное изменение качественного состава флавоноидов.. На начальных этапах онтогенеза растений в листьях нижних ярусов преобладает сапо-нарин.. С возрастанием ярусов содержание сацонарина в листьях • падает и неуклонно возрастает доля лютеолиновых производных. При естественном освещении во флаговых листьях полностью преобладают лютонарин и его 3-меткловый эфир. У растений под стеклом увеличение количества лютеолиновых соединений с возрастанием ярусов листьев выражено как тенденция.

У растений под стеклом, в листьях третьего яруса отмечено накопление значительных количеств дополнительно к основным двух новых флавоноидов, которые, нами предварительно идентифицированы как сапонаретин и витексин. Предполагается, что изменение ■режима освещенности, вызванное прохождением солнечного сьета через стекло, способствует возрастанию активности гидролитических процессов а тканях растения. Ото могло повлечь затруднения и О-гликоэидкровании молекул флавоноидоз. Известно,. Ч'Ю сьпонаретин и иитексин - изомерные формы, различающиеся только конформ.'1цией гидроксильных групп сахара (¿я1ке1 .Сехз-, , Ьоэмояной причиной накопления молекул салона-

ретина и витвкскна в' условиях, когда усиливаются гидролитические пгоцкесн и хг.г.нях растений ячменя, ко-кет стать затрудпе-¡¡::о образования молекул 0-гликозидов и, как следствие-этого, процессов гидрсксилкро^гшия и мотглирояенкя в

кольце Б.

Наряду/ с фяавоноидами в листьях ячменя присутствуют фэ-рулоилхинная и ферулоилаикимовая кислоты. При выращивании растений сорта Роланд в застекленном домике содержание производных оксикоричной кислоты изменялось от 12 до 30& от суммы флавоноидов. Характер изменения суммы ферулойлхинной и феруло-йлпшкимовой кислот в листьях разных ярусов главного побэга такой же, как и при накоплении флавоноидов (рис-. !£))*

25

20

15

10

Ь 0

нкД/г

Рис. 10. Содержание флавоноидов и произзодных окси-коричной кислоты в листьях главного побега растений' ячменя сорта Роланд, выращенных в зестеклешом чс-гетацпокгГом домике (7-й лист - флаговый)-. Условн. обозн.:' й - сум.!а флавоноидов; Ев - сумма феру-лоллхин'ной и ферулоилаики-мозсй кислот.

I 2 3 4 5 6 7 лр у си-листьев

Обращает вн'.шание, что появление в листьях ячменя сапо-наретинг и витексина совпадает с низким содержанием а них флавоноидов и увеличением количества оксикоричных кислот. Представляется, что высокие концентрации сапонаретина и витексина могут шгибировать образование новых молекул флавоноидов. Если при этом образуется такое количество фенилалгжгна, которое не расходуется на построение белковых молекул - происходит переключение его на образование оксикоричных'кислот. Подобная ситуация может возникнуть при низкой рсвещекности.

Известно, что изменение дозы УЗ-лучзй.в значительной степени елияет но фекольнкй метаболизм (Запрометов, 1967). В листьях растен/Л ."-^эня сорта Ролша, зыриценных под штен-

кой, поглощающей №-радиацию в средневолновЪЙ й дайнноволно--вой областях-, содержание флавоноидов »псе по сравнению с кон» трольнымй раетенйямй Срнс-. II)-. -Характер йэмененйЙ йри выражении результатов в мкМ/г абсолютно сухой биомассы й в мкШ/дм одинаковы. При значительном снижении содержания флавоноидов под поглощающей УФ-лучи пленкой качественный состаз флавонои*-. доз не претерпевает изменений и они представлены сапонарином, лютонарином -й его ¿^метиловым эфиром. Оксик'орйчные кисййТы содержались в -листьях в следовых количествах-. По-видимому, снижение накопления-фЗтавоноидЬв под воздействием внешних факторов среды происходит по .разным причинам.

■мкй/г ьон

60 40 20 О

-W»

-Рис-. II. Содержание флавоноидов в листьях ячменя сорта Роланд при выращивании растений под полиэтиленовыми пленками, контрольной (К) и пог-цей Уа-лучи (-УФ). У слов

ные обозначения см.рис.6. К -контрольные растения; -УФ опытные растения.

1-й 3-й Ь-й В-й(фл) Условия азотного питания также оказывают сильное влияш

на процесс биосинтеза флавоноидов (Маргна, -1990)-. Однако литературные сведения по этой проблеме-, относящиеся к растения* ячменя, даят представление лишь о'б изменениях в содержании фонольнкх соединений на стаД-йй проростков (ь1аргиа, Вайньярв, л-онест, И''гЬ; Лас.нест, 19ь1).

«!зучали ьлиянпе нитратного и аммонийного питания на соде :чи.н;:е ^лаиоиоидои и листьях растений ячменя в условиях ; - гм101 о и-гкимн освещенности. Обращает внимание присутствие в . ^лгиях д.;нпого опита сипонаретина и гитексина не только п ::сд ото .слом, но и при естестоеипм э«;уеа*н:!И (гиг.

12). Причиной этого может быть выращивание растений- в водной культуре и сзязанный с этим режим оводненности тканей. .

Нитратный азот способствует накоплению- значительно б л высоких уровней содержания флавоноидов По сравнению с аммо;'"-1-ным в развертывающихся Листьях ячменя при естественном -Освещении. Существенных различий по этим показателям у листьев к-НИх ярусов, не отмечено. Различия, з накоплении флавоноидов в молодых листьях могут быть связаны с особенностями ассимиляции нитратного и аммонийного азота. -В случае нитратного питания в листьях синтезируется больше ароматических аминокислот, в том числе и предшественника биосинтеза флазоноидовфенилаланина (Полевой, 19Ь9; Быков,. 198&; Котлярова, 1986)-. Как известно-, наличие доступного фенилаланина выступае'т.в качестве Зшмйти-. рующего фактора в биосинтезе флавоноидов (Маргна, -1990)-.

МКй1/'1' Рис-. 12-. Йлиянйе нитратного

(-1) И аммонийного (2") питания

40

20

на содержание флавоноидов в листьях ячменя сорта Роланд в условиях естественного освещения-. -Условн-.обозн-. см. рис-. ■ 5, 7-.

4-й 5-й 6-Й Ярусы листьео

В условиях застекленного вегетационного домика содбрса-ние флавоноидов в развертывающихся листьях не зависит от фарад азотного питания. Отсечена тенденция увеличения накопления флзвоноидо-j о ,"-;тьях на аммонийном азоте при возрастам:!:: содержания .-ннозих производных по сравнению с гпигенпно^ы-ми (рис. 13). По-зндкмому, з этих условиях оспсвенности обеспеченность фенил, ¡лонкном не л^ллс.сн факторов, огранн'м .:-.,: ■

биосинтез флавоноидов.

ккаг/г

Рис. 13. Влияние нитратного (I) и аммонийного (2) питания на содержание флавоноидов в листьях ячменя сорта Роланд в условиях светового режима застекленного вегетационного домика: А - мк^г; Б - мЫ/лист. Условн-.обозн. см.рис. 5,7.

4-й Ь-й Ь-й

• Для выяснения особенностей накопления флавоноидов и ок-с;:коричных кислот у различных генотипов ячменя определяли со-д.'йаагна зтсрс соединений в первом и флаговом листьях у сорта Ролгнд, сортообразцов Интенсивный и ИШ 91Д6.

В одних к тех ке условиях у разных генотипов в момент развертывания первого листа содержание флавоноидов различно. У сорта Роланд и сортообразца т 9.1/76 обнаружены высокие уро^г:;:, "близкие в количественном выражении. В то ие время содержание о тих соединений у сортообразца Интенсивный почти в пслгора разь ниге» . •

. У всех генотидов в первой листе основным соединением является Саяойарин* а -лютеолиновые производные представлены незначительно» У всех.-растений в условиях данного опыта обнаруже-

»

ни сапонарйтин й вйтоксян (рис-. 14).

йкИ/"г

40

¿А**)

1 ь»

1 1 1ъ

Рис. 14. Содержание флавоноидов и оксикоричних кислот ь первом и флаговом листьях разных генотипов ячменя. Услоьнкобозк. см. рис; 5>7>10.

Ро- *!нтен- '/И2 лавд. сивнаГ. 91/7о

т • <

Во флаговом листе сорта Роланд содержание лззтонарйна и • его 3-метилового э^ира достигает 70$ о1?, суммы флавоноидов, . сапонаринз - около 20$, сапонаретин .и внтексин представлены незначительно - около 7%. У сортообразца ¡Интенсивный.лютеоли-новые производные составляют окодо 50% суммы всех флавоноидов. Сумма сапснаретина и витексина - около 10%. А во флаговом листе ИМ 91/76 на долю лютеолиновых производные приходится лиеь около 30% от суммы флавоноидов.,

В первом и флаговом листьях сортообразца.Интенсивный по сравнению с сортом Роланд' оксикоричных кислот.-образуется больше . У сорта.Роланд их отношение к суммэ флавоноидов в листьях первого яруса составляет 7%, во флаговых - 5$, у Интенсивного соответственно - 15$ и 38$, Однако содержание сапонаретина и ,витексина находится в одних и тех не пределах - 6% и 1% у сорта Роланд, 11% и 12$ - у сортообразца Интенсивный. Поэтому можно предположить, что у данного генотипа по сравнению с сортом Роланд существует механизм преимущественного перераспределения фенилаланнна на образование оксикоричных кислот.

У генотипа НУЗ 91/76 содержание производных оксикоричной кислоты в единице биомассы первого листа не отличается

от суммы флавоноидов от этого показателя у сорта Роланд (6,5-Ь,60^), а во флаговсм

листе их уровень значительно вниие (16-4,9%). При этом сумма сапонаретина и «итекспна во флаговом листе сортообразца возрастает до 1ь% от суммы фл-звснондов, а у первого она составляла №7>. У сорта Роланд эти показатели одинаковы у листьев первого ярус;: г, -'-.- --понта: (6 и 4%). Возможно, у генотипа 91/76 " опт';. --сзристлвт гидролитические процессы з тка-

нях листьеи. 'хо есть, метаболизм претерпевает таки^ изменения, которы? " ссртэ Роланд происходят при белее ьиз.:;>'.

ценности.

Исходя из представлений о том,, что фенольные соединения могут выступать в качестве природных, регуляторов роста (Кефе-ли, 1975; Волынец^ 1981) предприняли попытку соотнести процессы накопления этих соединений, в онтогенезе растений ячменя с показателями ростовых процессов.,

Известно,, что фенольнуе соединения способны влиять на уровень ИУК в тканях, растений через воздействие на систему ¿¡Жг'ШС-оксидазй (Кефеди, 1975; Волынец, Х981; Гуськов, 1991). Прочее курения находится в зависимости от явления апикального дрцгащрованая, что, определяется уровнем ИУК в апексе побега (Долевой, 1992).» При вырадоьании ячменя сорта Роланд на сьыонкмом- и нитратном азоте в разных, условиях освещения по-казанр наличие положительного существенного на 9д% уровне значимости коэффициента корреляции между'содержанием флавоно-адоз с листьях 5-го яруса и количеством побегов одного расте-'ния, Дрк. рассмотрении корреляционных отношений между содержанием сапокарина или суммы всех апигениноБых соединений й куце к из и можно ответить существование более тесной связи, чем в первой случае. Доказано наличие корреляционной связи между "Содорканкем флавоноидоз в листьях первого яруса растений ячменя, выращенкбх в опытах разных лет к интенсивностью курения

(г=+о,ь, р0э95).

Таким образом,-есть основание предполагать, что епиге-шшовке производные или определение физиологически актясиые продукты ИХ катаболизма, способны г.оздейстьо:'Р.ть на апекс, сш:г.ая в его тконя.. уроьень »¡УК и тем с<;мк:.1 способе!: :»;л уье-личгнкэ количессгп побег::: гудения, Следуе: ответить, что кольцо Б спигешшсвкх производных по хгрг.ктеру зг-мецен.и.ч г_'.'.е~

ет аналогии с п-кумаровой кислотой, дая которой показано р~-стингибирувщая активность в присутствии молекул -ИУК (Кофзлн,

1975). Способность ингибировать ростовкз прсцзссы показана :: для апигенина (Волынэц, Лаиан, Прохарчи;;, .Пальченко, Тихон,

1976).

При сравнительном изучении особенностей накопления фла-вощэидов у .разных генотипов ячменя обращает внимание тот фзг.т, что при достаточно близких уровнях содержания флэвоноидоз в листьях сорта Роланд и сортоо'бразца' Н'/Л> 91/76 высота эти:: 'растений существенно различается. В то я© время -при б'оя&яях различиях в няноглоняи (^лазсиоздоз в .дистьяз у -сортообразцов Н'/З 91/76 и ЙнтепсмвнэгЬ- различил тто высоте у'этих растений невелики (56,77+0,"3 л амк- Сгсазаюсь, что на этот

тгГ'Л^: Т!С"ВНССТЪ Г.31ЮГСЗ:С!Я гзтёолинових про-"зг-я^глс, подгззрназссл :}я.т-пглзи полсантольного сущест-ггглого "'.'<■ уросгз зпя'чг.гссти хоо^фицнзнта корреляции иез-ду с о до р,': г л нем зччгх соединений во флаговом лис-то я высотой растений. По-заднему, .латсолиновкз флавоноиды способствуют возрастанию ашиелльного доминирования, Кольцо Б ¿--метилового сфира люте.чзрша по характеру замещения является аналогом фе-руловой кислоты, для которой показана ростстицулирующан активность з присутствии молекул ИУК (Лрусакова, .1975)..

При анализе зависимости размеров листовых пластинок от интенсивности образования флавоноидов в налих опытах сущест-сенных коэффициентов корреляции иеяду параметрами листьев нижних ярусов - суммой флавоноидов в них не отмечено. У флого-цьгх лист подобные орапнения обнаруживают наличие отрицательного существенного на 95,о урозне значимости коэффиц^нт-л корреляции мелду размерами листьев ,: суммой всех флзгзкэ^дс ;.

но не отдельных их представителей. Доказана положительная корреляционная зависимость между интенсивностью накопления флаво-•ноидов в листьях первых ярусов и количеством листьев на главном побеге (^0,95^*

Если рассмотреть изменение показателей отношения содержания производных оксикоричной кислоты к содержанию сапонари-на и размеров листовых пластинок, то ухе у листьев первого яруса обнаруживаем наличие положительного существенного на 95^ уровне значимости коэффициента корреляции.

Приведенные сведения, а также результаты опыта с удалением листьев разных *фусов позволяют предполагать, что флаво-ког.щы или определенные продукты их катаболизма .в большей степени влияют на размеры листовых пластинок при воздействии на апекс побега в моменты синхронного падения содержания флаво-• ноидовчем непосредственно в листовых пластинках. В опыте с удалением листьев 1-го,-2-го, 3-го ярусов, 3-го и 4-го - двух ярусов, а также 1-го, 2-го, 3-1ч> - трех ярусов, все растения развевались как семхлисткыз, в то время, как срзди контрольных растений были"сеиилисткыэ и 3055 восьмилистные. Форыи-ровение флеговьк листьев контрольных растений и всех вариантов с удаленными листьями происходило в одинаковых внешних •условиях, так йак они развернулись в один срок. Исключение составил вариант с тремя уделенными листьями, с которой флаговый лист появился на несколько дней "позже. Однако в одинаковых условиях опытов в седьмых фйаговых листьях отмечены разные уровни накопления флавоноидов (рис. 15).

Литературные данные свидетельствуют о тем, что существует связь между содержанием фдавоноидои и размеряй листьев ячменя (Акназаров, 1аоиансуров, 153Ь). Обрыщет ьнимание тот факт, чго пр:1 различной содержании флавоноидоз раг>.\">эрц

50

40

30

20 10

о

мк^г

Г

Рис. 15. Содержание флавсноидоз в листьях ячменя сорта Роланд в опыте с удалением листьев . разных ярусов: К контрольные растения; 1,2,3,4,5 - ярусы удаленных листьев в разных вариантах опыта. Условн.обозн. см.рис. 5,7.

1-й /С 12

'.рус флаГОЕЬ/3 листья (7-Я ярус)

нового, листа в вариантах с удаленны:,:и листьями 1-го,. 2-го,

3-го ярусов и в -варианте "с двумя удаленными листьями - 3-го и

4-го-ярусов - не имеют существенных различий (рис. 16). Такш образом удаление либо только г.зрзого, .л г. б о только второго или третьего листьев дает такой яе результат, как У удаление двух листьев -третьего и ^этзортого.

см 244

20' 16

к

Д'-

спел

сс$

ом

004

ОВЗ О

I2

Рис. 16. Влияние удаления листьев• разных ярусов на параметры флагового листа растений ячменя сорта Роланд: К -контроль; 1,2,3, 4,5 - ярусы удаленных листьез. А - длина, В -площадь.

1-й флаговые листья 1-й флчго"ъ:е листья ЛИСТ К 1 г 3 54 5 <23 лист К 1 2 3 3.4 5 №

Цо-ааджгоду, реагащее влияние на' окончательные размеры

листа имеет период залояенкя листовых зачатков - пр;«.мордиее. литературные данные свидетельствуют о зависимости между объемом ::онуса нарастания я размерами листовых пластинок. Счеаид-

ко, флавокоидц,. обладая способностью изменять уровень ИУК в тканях*. могут влиять на размеры конуса нарастания. Чем выше в апексе уровень ИЙС,. тем сильнее аттрагируюцие возможности апекса к больше приток ассимилятов и: цитокининов к его тканям (Полевой, 1990)». а следовательно». и. больше возможности для увеличзш?я размеров-

Принимай во внимание изложенные выше рассуждения, моано рассмотреть зависимость количества листьев на главном побеге от глтенсивности накопления флавоноидов. Можно ожидать, что у с.'низким, содершшем. флавоноидов, будут листья больших: размеров ...Ддя ачмзня характерно последовательное развер-тагашаз листьевОчевидно, что для завершения роста потенциально бодае крупны* листьев потребуется больше времени при прочих равных условиях.. Таким образ ом, к ыоыенту смены вегетативной фазы развития на генеративную меньшее количество ли-1 стыя: зачатков сможет ахаш настоящими листьями.

■ " • зшашш,' ■

Пазучаняыа результаты дают основание предполагать, что

А

тадивидуаяьныз- представители флааоноидного комплекса и окси-коричныз- кислоты оказывает различное физиологическое влияние на процессы роста и развития растений ячменя.. Сапонарин способствует снижению уровня 13УК в' апексе, снимает апикальное доминирование и приводят к усилению кущения,» йотеалиновке производные вызывают обратный эффект, ток как транспорт флавоноидов не доказан» поэтому более вероятным представляется, что физиологическое воздействие в. апексе осуществляют определенные физиологически активные продукты катаболизма фкаьонэи-дов«. В тканях якста, по-видимому, активны только свпониркн и производные оксикорич»: 3 кислоты» эффекты которых вротаьепо-

лснны. Физиологическое воздействие фенольккх соединений зызызает изменение в количестве побегов курения и листьев ка главном побеге, влияет на размеры листьев, высоту растений. Прохождение отдельных этапов онтогенеза растений контролируется уровнем и соотношением фитогормонов в тканях растения. Т'акяе хорошо известна роль трофических фактороз в развитии растений, Уровень накопления фзавоновдо-СЕетозависим, испытывает влияние азотного питания, связан с углеводным и белковым обменами. То кии образсм, флавонсиды и сксиксричные кислоты могут выступать в качестве сзязутоегс- звена мезду трофическими и горганаяьнкмп факторами развития растений.

■5лазоноиды способстн'лэт ритмическому -измзкениа уровня ИУд з апексе- побега. Их воздействие обнаруживается а изменений количестве листьев m глзвнсу псбогз, размэров листьев, высоты растений, после-догптолк'.сл с'еп-з стдолми.' з голов' развития. Преобладание сапонарл-

о листьях .ч:-.-л:г.пс яруссэ сбзслзчизаот прэхоядекнз фазы кущешш. Ьоорсст -"ние доли .-.uTeo.rzHoo-jx про из:, с. знй з листях верхних ярусов сг.сссбстг-ус-? уснлеиг-э зпикхтъного дсн^г/.рсзппл связано с выходом з трубку1, формированием зерна на поздних-этапам онтогенеза. Увеличение келетестиа оиснкср;гч:-:ч*х кислот влияет ка возрастание размеров листьез.

МЭ'.'Л /

I. Лройо^-íKi ¿лл^сислдоз ц окг:г.«р:гпйсс кислот у рас-

т-знл'Л ссо'.-л;:-; гчзпотипсз лгу.онл при изузюкии услоекй внешней сре-лг.- На эсьэз«кк"» хрсу.агсгре£кч?сххх и смктрофотои.'тркческих исследований ,сравнения проектов гидролиза с аутентичными образцами з лкстьяя ярового Я"-г.ю.1ш зпераш идентифицированы ферулэклхинкая и пислота.Препаративное. выделение и идентифика-

ция 5лазсг,. ».»зге с<'епш:?нйЯ исследуемых сортов ячменя подтвердили лрпсутсг-иг ^ листьях известных по литературным данным флаво-нокдог - сгпснорина, лптонггина, З-^зтнлозого эфиру лютонаринг, ^ с^юахях »'wsho.I ccei'M показано накоплен::- г: - :г -

тельных количествах двух соединений, относящихся к минорным компонентам флавоноидного комплекса-ячменя, предварительно идентифицированных как сапонаретин и эитексин.

2. Для выявления связи морфофизиологической изменчивости растений ярового ячменя с -накоплением фенольных соединений исследования проводили при изменении естественного режима освещения и азотного питания-. Показано, что процесс накопления фпавоноидов в листьях ярового ячменя носит характер синхронных колебаний, при этом происходят изменения в соотношении индивидуальных флавоно-идов: количество сапонарина в листьях снижается от первого к флаговшу листу,, а лютеолиновых производных - неуклонно возрастает. На основании характера накопления сапонарина, лютонарина и его 3-метилового эфира в зеленеющих проростках ячменя предполагается возможность взаимопревращений апигениновых и лютеолиновых производных.

3. Растения* выращенные в разных условиях освещенности, различаются по амплитуде колебаний уровней фл&вонридоа в листьях, а также

по количеству минимумов со времени развертывания первого листа и до- появления'флагового. Причем высокая амплитуда колебаний совпадает с более длительном периодом колебаний. При высокой . амплитуде наблюдали более -Интенсивное кущение растений, большее количество листьев» на главном побеге-,' более позднее колошение.

4. Качественный состав флавоноидного комплекса ячменя зависит от условий внешней среды-. При естественном освещении в водной культуре, в условиях застегленного домик;.'., ¡.рн предпосевной сбработ-

,-емян гиббереллоаой кислотой накапливаются б значительных количествах сапонаретин и витекспн*

Ь. Устанозлено, что производные оксикорнчной кислоты ъ листьях ячменя при естественном освещении л под поглощающей У^-лучп г^г.ин-

кой содержатся 9 незначительных количествах,. В застекленном домике их уровень в 2-3 раза выше, чем при естественном освещении. Увеличение количества оксикоричных кислот совпадает со .сшгкеик-зм содержания флавоноидоз и накоплением сапснаретина и витекскна. При этом наблюдали возрастание размеров листьев растений и снижение их количества, на побеге. "

6. Применение.нитратной формы- азота.в водной культуре' при естественном освещении приводит к накоплению значительно более, высок::" уровней флавоноидов в развертывающихся листьях по сравнению с 'аммонийной. Пенсе интенсивное накопление флавоноидов совпадает

с запаздыванием в завершении лилейного роста листьев. При выращивании растений под стекйоц содерпащ:е флавоноидов в молодых листьях не зависит от формы азотного -питания,

7. Показаны существсшлге сортовые различия в накоплении флавоноидов и и оксикорпчних кислот. В одинаковых условиях'У сорта Роланд фла-аокоидов сод'зр-ится в два раза болызз, чем у сортообразца Интенсивный. В отих яе условиях в листьях сортообразца НУЗ 91/76 накапливаются значительные количества минорных компонентов - сапо-нарзтина 'л внтекспна.' Отмечена зависимость высоты растений от интенсивности накопления лютеолиновых производных. Содержание оксикоричных кислот возрастает в ряду: Роланд, Н91До, Интенсивный. Размеры листьеэ увеличиваются в таком яе порядке.

6. Выявлено наличие существенных положительных корреляционных связей меяду содержанием апигениновых производных-и количествен листьев на главном побеге, интенсивностью кущения; накоплением лютеолиновых г. ...5 <одних во флаговом листе и высотой раетен::Л; мг-гду отношен"- --¡г Ьзрулоилхикной и ферулеплшпкпмовей кислот л содержанию епп^.-.арина и размерами листовых пластинок.

слисск -Работ, опуедноишных по teüs дехЕртде:

1-. -Даман Н.А*, Поплавская P.C. Содергенкз фяавоноидов в листьях ячменя в зависимости от спектрального состава света.-■Пятый Всесоюзный симпозиум по фенольным соединениям. - Таллин, ISö7. - 74.

2-. -JlsuciH И-.-А., Паплауская £\С. Внтворныя аксХкарычных к1слот у paczlaax яразога кчиенв //Вэсц1 ¿И БССР. Сер.бХял. иазул -- ¿990. - £2. - С. 37-39.

■£■. -йаллауская P.C. Анта'гейетычныя асабл1васц1 назапалшан-U;T сразьноХдау у "л!стах ярааога ячменю /.ВесцХ 1Н БССР. Сер. Мял-, нозук-. - 1Ш1-. ^ С. 17-20. •

Поплавская РчС-.^ £амай: H.A. Особенности накопления С-гликозиЛфлавонов при ааленешш эткагшровакнух проростков ячменя // ВзсцХ ¿Н БССР. Сер.б1яа»кавук. - IS&I» - fco. - С. 10510?.

5. Поплавская P.C. Состав й содержание фйавйноидов в онтогенеза растений ярового ячмгня при различит условиях внра-цкзания. - Второй съезд Ссййсгззного общества физиологов растений, »• И., ¿992. - Cv Кб.

о. Паплауская £\G»V Лшган U.A. ДсабдХвасц1 назапазвання фл звано 1дау у расйХна* при зиякоин! прыроднага рззьшу

асэятяекня /''Вйсц! АН PoÄapycI» Сэр.б1ял.казус. - 1992. -£3-4. - С. 9-14.

* •,. jt /: с . ^

• » 4/ С- / • « »