Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Зависимость липидов синезеленых водорослей (цианобактерий) от температурного фактора

ВАК РФ 03.00.12, Физиология и биохимия растений

Автореферат диссертации по теме "Зависимость липидов синезеленых водорослей (цианобактерий) от температурного фактора"

АКАДЕМИЯ НАУК УКРАИНЫ Институт физиологии растений и генетики

На правах рукописи

СКОРОХОД Татьяна Филипповна ■ЗАВИСИМОСТЬ ЯЙПЙДОВ СИНЕ8ЕЛЕНЫХ ВОДОРОСЛЕЙ /ЦИАНОБАКТЕРИЙ/ ОТ ТЕМПЕРАТУРНОГО ФАКТОРА

/03.00.12,- физиология растений/

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации.на соискание ученой степени кандидата биологичеоких наук

Киев - 1992

Работа выполнена в отделе биохимии Института ботаники им.Н.Г.Холодного АН Украины

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук профессор Судьина Е.Г.

доктор биологических наук профессор Шматько И.Г.

кандидат биологических наук ст.науч.сотр. Буколова Т.П.

Рвтгутярг пргяничя1гм(Т'

-Киевский гооударотвсшшй университет

им.Т.Г.Шевченка

Защита диссертации состоится 1992 г.

в ^С?часов на заседании специализированного совета Д 016.57.01 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора наук при Институте физиологии растений и генетики АН Украины /252022, г.Киева, ул. Васильковская, 31/17 /.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Института физиологии растений и генетики АН Украины.

Автореферат разослан

1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат биологических наук

ПАНОВ В.А.

Общая характеристика работы.

Дртудльноот^ тем}. Дипиды являются неизменной составной частью мембран, От их содержания и состава зависят свойства последних. В частности, сохранение уровня текучести мембран при понижении температуры может обеспечиваться изме-т нением соотношения основных классов липидов /Thompson, 1989/ Моногалактозялдиацилглицерид /МГДГ/ и дигалактозилдиацилгли-церид /ДГ'ДГ/ преобладают в количественном отношении над другими липидами в фотосинтетическом аппарате я , по мнению многих исследователей, несут важную функциональную нагрузку /Douce,Joyard, 1980j Jensen, 1980) Quirn* Williams, 1983/. Установлено, что образование инвертированных мицэлл молекулами МГДГ находится в прямой зависимости от включения в его молекулу линоленовой кислоты / GounariB st al, 1985/. В свою очередь степень ненасшцеиности МГДГ может определять уровень фотохимической активности /öquiat, 1982/, поскольку считают, что его молекулы составляют ближайшее окружение пластохинона. Также установлено, что ДГДГ, добавленный К препаратам фотосистемы II /®3 П/, стимулирует шделенйе кислорода / Gotmarl3 et al, 1983/. Таким образом, изменения в соотношении Д'ДГ/МГДГ должны отражатьоя на струкгурНо-функ-. циональных особенностях фотосинтетического аппарата.

Одним из важнейших вопросов при изучении механизмов адаптации фотосинтезирующих организмов к температурному фактору является характеристика содержания, соотношения и жир-нокислотного состава мГДГ и ДГДГ.

Синезеленые водоросли о их уникальной клеточной организацией и сравнительно простым набором лщшдов в пигментном аппарате, являются объектами; отражающим« один йЗ этапов его аволюционно-биохимического формирования.

. изменчивость состава и содержания липидов синейеленых ' водорослей в зависимости от температуры выращивания изучена недостаточно, что Не Позволяет составить определенного, представления об особенностях такой реакции у этих организмов.

Список сокращений: ГЛ - галактолипиды} ДГДГ - дигалактозил-

дйацилглицерид; и.д.с. - индекс двойных связей; МГДГ - моно-

галактозилдиаодлглицерид) ФГ - фосфатидилглицерол; ФЛ -фос- ' фолипиды.

Цель и задачи исследование. Б связи с вышеизложенным целью наших исследований было изучить зависимость динамики содержания суммы липидов, МГДГ, ДГДГ, фосфолипидов /ФЛ/ и жирнокислотного составу липидов синезеленых водорослей от температуры выращивания водорослей.

Исходя из цели работа были поставлены следующие задачи:

- определить состав и содержание липидов двух видов синезеленых водорослей* отличающихся температурным оптимумом выращивания!

- исследовать изменения суммарного содержания липидов, соотношения ГЛ и ФЛ, а также динамику и соотношение отдельных жирных кислот в общем жирнокислотном составе в процессе приспособления объектов к изменениям температуры;

- выяснить степень зависимости соотношения ДГДГ/МГДГ от температуры!

- выяснить характер взаимосвязи между уровнем содержания МГДГ и ДГДГ у синезеленых водорослей и соотношением жирных толот в ооставе соответствующих липидов;

- определить особенности изменчивости соответствующих показателей в зависимости от температуры культивирования или внезапного ее изменения у двух видов синезеленых водорослей, отличащихоя температурным оптимумом.

Научная новизна работы. Впервые исследованы изменения суммарного содержания липидов, ФЛ, ГЛ, ДГДГ и МГДГ, соотношения ДГДГ/МГДГ, а также динамика и соотношение отдельных жирных кислот в общем жирнокислотном составе в процессе приспособления к изменившейся температуре у АпаЬаепа су11пс1г1са и Зр1ги11па р]^епэ!з , видов, отличающихся температурным оптимумом прироста биомассы. Установлена специфика их липид-ного состава и его реакции на температурные условия. Доказана^ универсальность адаптации синезеленых водорослей к температуре путем изменения'содержания ДГДГ». №ДГ» ФЛ и ненасыщенных жирных кислот, а также специфика их, заключающаяся в накоплении короткоцепочечных жирных кислот в стрессовых условиях.

Практическая ценность работы. Полученные результаты мо-

гут быть использованы для развития представлений о роли состава липидов в адаптации фотооинтезирующих организмов к условиям выращивания, а также б биотехнологии при разработке методов оптимизации и управления биосинтезом липидов си-незеленых водорослей.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на У конференции по низшим растениям Закавказья /Баку, 1979/, УН съезде Всесоюзного ботанического общества /Донецк, 1983/, I Всесоюзном совещании "Хемотаксономическое изучение споровых растений и грибов" /Киев, 1990/, на расширенном заседании отдела мембранологии и фитохимии Института ботаники им. Н.Г.Холодного АН Украины /Киев, 1991/.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, 3 глав экспериментальной части, заключения, выводов, списка литературы, включающего 216 наименований, из них 169 на иностранном языке, работа излажена ни 181 страницах машинописного текста и содержит 22 рисунка и 20 таблиц.

Объекты и методы исследования.

Объектами исследования служили два вида синезеленых водорослей /отдел СуайорЬуЪа , класс Ногпюбоп1ор11усеае /: АЛаЬаепа су11пйг1са Ьепш. /порядок Но8-|;оей1ер t семейство ЛпаЪпсдасеае / с оптимумом роста культуры при 25-27°С и Бр1ги11па р^епв1а /1Гогс1в и/ЗеИ;Ъ /порядок 0зс111а1;ог1-а1еи, семейство,Озо111а1;аг1асеае / с оптимумом роста культуры при 32-34°С. Культивирование водорослей проводили'в стерильных условиях на минеральных средах /для А.суИлсЫса -среда Фитцкеральда /геш1ег)(}ог11ат, 1960/, ДЛЯ Б.piatenзiз-среда Зарроука /ПиневиЧ и др., 1970//. Водоросли выращивали в колбах Эрленмейера емкостью 0,5 л в люминостатах при ежесуточном освещении /15 вт-м-2 ФАР/ в течение двенадцати часов лампами ДРЛ.

При исследовании действия температурного фактора часть

колб с культурами, в фазе линейного роста помещали в термостатированное помещение /25-27°С/; /32-34°С/i /36-38°С/ или холодильную камеру /!0-12°С/.

При подготовке к анализу водоросли осаждали центрифугированием, дважды промывали овежеперегнанной дистиллированной водой. Осадок использовали для анализа.

Сухую массу волороолей определяли гравиметрически после отмывки клеток от культуральноп среды и высушивания до постоянного веса при Ю0°С /Владимирова, Семененко, 1962/.

Концентрацию хлорофилла а определяли после извлечения его из измельченной навески водорослей ацетоном, измеряя оптическую плотность экстракта с помощью спектрофотометра

Specord_М-4П / Kp.vI Zeian, Jena / и пвряпчитнпч >ти пп frnp-_

муле Хольма-Веттштейна /ьасильева, 1978/.

Определение содержания липидов, Экстракцию и очистку липидов из водорослей проводили по методу Фолча с соавторами /.Polch et al, 1957/. Суммарное содержание липидов в полученном экстракте определяли весовым методом. Содержание фос-фолипидов /4Л/ определяли по фосфору после минерализации сухого липидного остатка /Родионов, Холопцева, 1974/. Определение содержания 1.1ГДГ и ДГДГ проводили после фракционирования липидного экстракта на стеклянных пластинках /18x12 см/ в тонком слое сшшкагеля в системах растворителей, предложенных Гарднером / Gardner, 1968/. Ляпиды идентифицировали с помощью специфических реагентов /Кейтс, 1975/. Содержание йГДГ и ДГДГ определяли по галактозе / Svennerholm, 1956/.

Нитаые кислоты суммарной аракщщ липидов, а также фракций МГДГ и ДГДГ, выделенных с помощью ТСХ анализировали в форме метиловых вфиров методом газожидкостной хроматографии / Chrom-4/ и идентифицировали по значениям углеродных чисел и относительным временам удерживания /Кейтс, 1975; Роционов, Захарова, 1979/. Результаты обработаны статистически /маслов, 1978/.

Содержание липидов ¡Зр1ги11па р1а-1епа1а при температурах, близких к оптимальным.

Полученные данные свидетельствуют о том, что в период линейного роста при температуре 32-34°С скорость накопления биомассы и суммарное содержание липидов у з.р1оЛ:епп1в были выше, чем при более низкой /25-27°С/ и более высокой /36-38°С/ температурах /табл.1/.

Содержание ФЛ у З.р1а1;епз1а увеличивалось по мере снижения температуры выращивания. Менее значительным было различие между температурными вариантами по содержанию хлорофилла в расчете на сухую массу.

Максимальному накоплении биомассы а.р1с^еп8±з при 32-34°С соответствовало самоэ высокое относительное содержание МГДГ и ДГДГ в расчете на сухуто массу и хлорофилл /табл.2/. Выращивание объекта при температурах выше и ниже оптимальной сопровождалось снижением содержания этих липидов по сравнению с оптимумом. Вклад {/¡ГДГ и ДГДГ в общее содержание липидов возрастает со снижением температуры, причем более резко возрастает вклад ДГДГ.

Таблица I.

Биомасса, содержание липидов и хлорофилла у Зр1ги11па р1а£епз1з"в фазе линейного роста при различных температурах.

Температу-! Биомасса !Сумма липи- ¡Фосфолипиды!Хлорофилл ра ЕЫращи-1 /г/л/ !дов /мг/г ! /глг /г су- !/мг/г сухой вашш_|_1 сухой массы/1 xofl массы/ ! массы/

25-27°С 0,76±0,04 52,3+1,8 6,1±0,3 16(8±0,7

32-34°С I,1&±0,06 257,8±15,3 1,8+0,1 17,5±0,7

36-38°С 0,65±0,04 Ю7,6±3,7 0,Б±0,1 12,2+0,5

Таблица 2..

. Содержание МГДГ и ДГДГ в клетках Spirulina platenais в фаза линейного роста, мкмоль.

Температу-! МГДГ ■

ра выращи-!на i г¡на i мг вания_!сух.массы!хлороФ.

.Ж

______! ДГДГ/

на i г !на 1 мг ! МГДГ сух, массы ¡хлогоЬ !_

25-27°С 4,9±0»2 0,29±0,01 1,5±0,2 0,09±0,01 0,31 32-34°С 20,4±0,7 I,I7±0,C5 4,9±0,2 0,28±0,02 0,24 36-38°С 6,8±0,2 0,56+0,04 0,6+0,01 С,05±0,01 0,09

При снижении температуры до 25-27°С более зависимым от температуры оказывалось содержание МГДГ в расчете на хлорофилл, а при повышении ее до 36-38°С - интенсивнее изменялось содержание ДГДГ. Соотношение ДГДГ/МГДГ снижалось по мере повышения температуры выращивания.

Исследование жирнокислотного состава з.р1оЛепз1з, куль тивируемой при 25-27°0, 32-34°С, 36-38°С показало, что доминирующими жирными кислотами были: миристиновая /14:0/, пальмитиновая /16:0/, пальмитолеиновая /16:1/, стеариновая /18:0/, олеиновая /18:1/, линолевая /18:2/ и у -линоленовал /18:3/ /табл.3/.

Таблица 3.

_Содержание жирных кислот ЗрЛгиИпа р]^епз1з при ряз-_

личных температурах выращивания, % от суммы жирных кислот.

Длина углеродной цепи и количест- Температура

во ненасыщенных свяаей 2Ь-27°С 32-34°С | 36-38°С

12:0 0,9±0,0 0,7±0,0 -

14:0 2,5±0,1 1,4±0,1 2,3+0,1

14:1 1,3*0,1 - -

15:0 1,1±0,1' - -

16:0 37,1±0,Ь 45,4±0,5 50,3±0,6

16:1 6,6±0,2 6,3±0,2 4,9±0,2

16:2 о,е±о,о - -

17:1 0,2±0,0 - -

16:0 0,9±0,0 0,9±0,0 3,3+0,1

18:1 2,4±0,1 2,3±0,1 6,5+0,2

18:2 19,3±0,4 20,5±0,4 18,7±0,3

18:3 /// 26,3±0,4 22(5+0,4 14,0+0,3

^умма ненасыщенных жирных киолот 67.5 51.6 44.0

И.л.о» ' 1.31 ГЛ7 0.91

с12~°15 жир.кислоты 5,8 2,1 2,3

жирные кислоты 44,5 51,7 55,2 '

С18 жирные кислоты 49,Ь 46,2 42,5

Кроме перечисленных жирных кислот, при 25-27°С были обнаружены лауриновая /12:0/, тетрадеценовая /14:1/, пентадека-новая /15:0/, гексадекадиеновая /16:2/ и гептодвценовая /17: :1/ жирные кислоты.'

Для s,platenяiз как и для других растительных организмов характерна обратная зависимость между температурой выращивания и уровнем ненасыщенности жирных кислот. Рост з.р1а-гепз!а при температуре ниже оптимальной приводит к увеличению вклада короткоцепочечных жирных кислот, а наибольшее разнообразие жирнокислотного состава у объекта отмечено при 25-27°С.

Сравнительная характеристика липидного состава АпаЪаепа суНпДгХса и бр1ги11па plаtenэiD , выращиваемых в оптимальных температурных условиях.

А. су11п(1г!са - мезофильный вид, оптимум роста которого 25-27°С. Исследование состава и содержания липидов этого объекта в период интенсивного роста показало» что качественный состав липидов у А.су11п(1г1оа такой на» как и у 0»рЗдЛей-оха , а общее содержание липидов и соотношение отдельных их классов у этих водорослей различное /тас!л»4/

Таблиц 4»

Содержание липидов И хлорофилла у Айаьаеиа еу11ис!г1са и Зр1ги11па pl.ateti3i.ij при оаттльшх температурах выращивания.

Виды всЫ Сумма ли- |Фос$о- |Хлоро-дороолей!пидов /иг ¡Липиды ¡фаЛл /мг

|на I г сух.! "вещества

/мг на I на Г £ , X г ли-¡липидов/ пилов I

МГДГ . ! ДГдГ |ДЩ/ /мкмоль/1 /мкмоль МГДГ на I г ! на I г I сух»в~ва!сух1в-а|

А,Су11п-аг1оа/25-

146,1+8*2 6)В±0>2 В4>7±2,1 9,3±0>5 3,1±0(2 0,33 S.plаten-.

2Ь?,8±15,3 7,0±0,3 67,9*2,1 20»4±0|7 4,Э±0,2 0,24

В оптимальных условиях /32-34°0/ у Б,р1а1епа1з суммарное содержание липидов почти вдвое больше, чем у А.су-Цш1г1са , Расчет содержания ФЛ и хлорофилла на I г липидов показал, Что доля этих веществ в суммарной фракции липидов у объектов почти одинакова. Практически одинаково у з,рШеи-81а и А,оу11пс1г1са отношение ДГДГ/хлорофилл и лишь содержание МГДГ в расчете на хлорофилл у этих объектов отличается: у З.р3мепз1а оно выше, а отношение ДГДГ/Л1ГДГ меньше, чем у А.оуНпсЫса»

Установлено, что у 8,рЬИ;епз1а уровень ненаоыщенности жирных кислот суммарной фракции липидов - ниже, а вклад ко-роткоцепочечных жирных кислот о чиолом углеродных атомов ^ Тв в суммарный жирнокислотный состав менее значителен и разнообразен, чем у А«су11п(1х*ра.

Дийамика содержания липидов у АпаЪаепа оу11лйг1са и ЗрАгцНад рШеаа!з при повышении температуры.

Известно, что на протяжении роста культур водорослей состав и содержание их липидов значительно колеблется /1усев и др., 19601 Калачева, 1962; Иеиегп, 1980/. Однако малоисследованным остается вопрос об изменениях состава и содержания лицидов у синезелоных водорослей при повышении температуры. выращивания в процессе роста объектов.

Ь связи о этим наш изучалось влияние повышения температуры /до 36-38°С в течение 6 суток/ на динамику липидного состава А.суНпсЫса и В.рШепв1в , выращивавшихся до постановки опыта при 25-27°С и находящихся в стадии линейного роста» Установлено, что А»су11пс1г1са как мезофильный вид через 2 сут. опыта не выдерживает длительного повышения температуры и переходит в состояние анабиоза. У термофильного,вида В.рШешЯв при температуре 36~38°С через I сут. прироот биомассы такой же, как при 25-27°С, в то же время у нее уменьшается общее содержание липидов, снижается содержание хлорофилла /рио.1/. Содержание ВДГ и ДГДГ у з.рШеп-; в!з в опыте несколько увеличивается, а отношение ДГДГ:шГДГ -вше, чем в контроле соответствующего срока..

Состояние культуры З.р^епз1в через 4 сут. после повышения температуры подобно состоянию культуры л.су11п<3г1са

через сутки в тех же уаловиях: уменьшается биомасса, значительно возрастает общее содержание липидов. Количество мГДГ ц дд'дД1 - на уровне контроля соответствующего срока.

А.» суИй1г1оа

Ч г

а 1

0,5 1

л& а

1 0.1

■( 4 6

Сутки

Рис* I. Влияние температуры на динамику накопления биомассы (г/л),общее содержание ллппдов и хлорофилла (мг/г массы сухого вещества) у Зр1ги11аа р1аЪепэ1в и АпаЪаепа оу11лйг!са I-контроль¡25-27° С,2-оВДГ¡36-38° С

К концу опыта /через 6 сут./ количество биомассы в культуре з,ра^еп810 возрастает, а содержание хлорофилла, суммы липидов, МГДГ и ДГДГ превышает контрольные показатели. Выше, чем в контроле, отношение ДГДГЛ1ГДГ. Таким образом, отмеченная перестройка компонентов ^отосинтетического аппарата, по-видимому, обеспечивает большую устойчивость з.р]^еп-в1а в условиях повышенной тешературы.

• Таблица 5.

Влияние температуры на содержание МГДГ и ДГДГ в метках АпаЬаепа су11п<1г1са и 5р1ги11па рШепз1е , мкмоль/г сухой массы водорослей.

Время, сутки

МГДГ I ДГДГ I Щ'ДГ/МГДГ

25-27°0 !• 36-38°0 ! 25-2?°С|36-38°С 125-2?°С }эб-38°с"

Вр1ги11па р1а1;епа1а

О 13,ЗЛО,7 13,3±0,7 6,3±0,2 6,3±0,2 0,47 0,47

• X 10,9±0,7 16,1±0,8 4,С£0,1 7,1±0,1 0,37 0,44

4 13,6±0(6 13,4±0,8 4,4*0,2 4,6±0,4 0,32 0,34

6 5,6±0,3 9(010,6 0^8±0,1 2,3±0,2 0,14 0,26

АпаЪавпа су11пйг1са

0 16,6±0,8 16,6±0,8 7,6±0,2 7,6±0,2 0,46 0,46

1 19,2*0,8 7,Б±0(3 6,6±0,3 4,Х±0,2 0,29 0,53 4 14,8±0,9 - 6,7±0,2 - 0,59

6 13,6±0,8 - 9,6±0,3 - 0,70

Изменения динамики липидного состава синезеленых водо-роолей при кратковременном повышении температуры.

Эксперименты показали, что в условиях выращивания при 25-27°0 у А.суИлйПса и Б,р^епв1в в течение дня значительно колеблется суммарное содержание липидов, ФЛ, хлорофилла , МГДГ и ДГДГ. У Обеих водорослей -максимальное их содержание приходится на первую половину дня.

Повышение температуры до 36-38°С приводит к значительному изменению содержания липидов. У А.су11пс1г1са наблюдается снижение количества хлорофилла.

и

Общее количество липидов у Л.суНпйгАоа через 2 ч после повышения температура значительно возрастает, затем оно сначала резко, а в дальнейшем медленно снижается. Через 6 ч содержание ФЛ у Л.су11паг1оа в опытном варианте выше, чем в контрольном в тот же срок*

У термофила повышение температуры сначала

несколько тормозит направленность изменений липидов в сравнении с контрольный вариантом, а затем через 4 Ч восстанавливает ее. Величины всех показателей в опытном варианте к концу эксперимента превосходят контроль.

Повышение температуры от 25-27°С до 36-38°С у А.оу11п-&г1са сначала%ызывает увеличение отношения ДГДГ/МГДГ за счет более интенсивного снижения содержания МГДГ в расчете на I г сухого вещества /табл.6/.

Таблица 6.

Влияние температуры на содержание МГДГ и ДГДГ у Апа-Ъаепа суНпсЫса , мкмоль/ г сухой массы водорослей.

Время ! МГШ 1 ДГЛГ ЛГЛГ/М1 рлг

суток,! час. ! 25-27°С 36-38°С 25-27°С(зб-38°С 25—27°С 36-38°С

10 15,2±0,8 1#,2±0,8 5,1±0,1 5,1±0,10 0(33 0,33

12 Ю,0±0,8 6,7±0,2 4,3±0,1 3,9±0,20 0,43 0,58

14 Ю,1±0,7 3,9±0,2 4,0±0,1 0,5±0,01 0^0 0,12

16 7,9±0,3 1,2±0,1 2,6±0,2 0,2±0,00 0,32 0^17

Затем отношение ДГДГ/МГДГ уменьшается за счет опережающего по сравнению с МГДГ снижения содержания ДГДГ. В тех же условиях у теплолюбивой З.р^егш1а отйошейие ДГДГ/№ДГ сначала не изменяется| а затем уменьшается за счет более интенсивного повышения содержания МГДГ /табл.7/.

Установлено также, что у А.су11наг1сА : жирНокислотный состав модифицируется позднее, чем у й,р1аЪепэ1а .. Стейень ненасыщенности жирных кислот у А*су11ш1г1ьа .й условиях опыта снижается менее значительно, чем у 3.р1а1;Ьпа1а . В процессе приспособления к повышению температура у обоих видов отмочалось кратковременное повышение содержания.; Насыщенных и мононенасыщенных жирных кислот.

Таблица 7.

Влияние температура на содержание М1'ДГ и ДГДГ у Зр1ги11аа р^еиа1а > мкмоль/ г сухой массы водорослей.

Время м™ 1 ЛИП т лгаг/м] ЧГГ

суток, Чао. 25-27°0 36-38°0 £5-27°0 36-38°С 25-27°С 36-38°С

10 12 14 16 . 5,9±0,2 7,^*0,2 8.4*0,6 3^9*0,2 б,а±о,2 6,6±0,3 7(1±0,2 10,9*0,7 1,6±0,3 Х|6±0,3 2,1*0,2 1,5*0,1 1,0*0,1 1,2*0,1 1,4*0,1 3,9*0,2 0,27 0,28 0,41 0,35 0,27 0,22 0,16 0,36

Таким образом, в результате проведенных опытов, уста-новдено, что Аюу11пйг1са и 3.р1аЕепв1а как виды, имеющие различные температурные оптимума выращивания, специфически изменяют липидный состав в ответ на повышение температура Эти изменения указывают на большую приспособленность фотосинтети^ейкого аппарата 8.platensis к высокой температуре!

Через 6 ч Ьйдержашш хлорофилла у этого вида увеличивается по сравнению о контролем, в то время как у А.суИааг1са как у мелей Приспособленного к повышенной температура -уменьшается. Аналогичная закономерность обнаружена в содержании МГДГ й ДГДГ) у Й.рШепз1з оно увеличивается более чем в 2 раза, а у А.су11пс1г1са уменьшается соответственно в 6 и 13 раз.

' Изменений ЛЙПЙДОВ АпаЪаепа су11пс1г1са и Зр1ги11па р1а-1виа1з при Понижении температуры выращивания.

Одной ив реакций растительных организмов на понижение температуры является изменение соотношения отдельных классов лигшдов /(¡и1йп) игШ1амак 1983/, отражающееся на структурной организации мембран /переход от бислойных структур к небислой-ним/. .Этим может быть достигнута оптимальная степень стабилизации белковых комплексов /Мт-рНу, 1982/.

С этой то<Пш зрения представляет интерес исследование динамики содержания липидов у А.суШагЬа и 3»рШепз£э при понижении температуры выращивания в период линейного рос-

та культуры.

Понижение температуры /для А. су11п(1г1са от 25-27°С до Ю-12°С, для З.р^епз1а от 32-34°С до 10-12°С и от 35-38°С до 25-27°С/ в первые часы приводит к торможению накопления хлорофилла, суммы липидов и ГЛ у обеих водорослей /табл. 6,9/ во всех вариЕОтах.

Таблица 8.

Содержание МГ'ДГ и ДГДГ АпаЪаепа су11л<1г1са при снижении температуры от 25-27°0 до 10-12°С, мкмоль.

Воемя. 1 Конгооль/25-27°0/ 0пыт/1&-12°С/

час ! 1 1 2 I 2

О 3 6 24

мгдг

5,1±0,1 9,4±0,5 8,9±0,2 6,5±0,3

0,48±0,01 0,64±0,03 0,69±0,03 0,58±0,02

5,110,1 8,2±0,2 5,2±0,1 7,31о,3

0,48±0,01 1,08±0,Ю 0,79±0,03 0,54к),02

ДГДГ

0 1,4±0,1 0,13*0,01 1,4±0,1 0,13±0,01

3 2,1±0,2 ;Р,14±0|01 0,8±0,1 0,10±0,0±

6 2,8±0,2 0,23±0,01 2,0±0,2 0,15±0,01

24 1,а±о,2 0,17±0,01 2,8±0»2 0,07±0,00

ДГДГ/МГДГ

25-27°С 10-12°0

0 0,27 0*27

3 0,22 0)10

6 0,31 0,39

2*4 0,29 0,38

Примечание: I - в пересчете на I г сухой массы водорослей} .

2 - в пересчете на I мг хлорофилла, .

В условиях, наименее благоприятных для объекта, когда снижение температуры от 32-34°С до 10-12°0 приводит к значительному замедлению темпа прироста биомассы /в контроле через 24 ч прирост биомассы- составил 46,1±4,2$, а в опыте

28,3*2,8?/, биосинтез МГДГ и ДГДГ у S.platens is подавлен на протяжении всего эксперимента, а отношение ДГДГ/«ЛГДГ почти не отличается в опыте и контроле.

Таблица 9.

Содержание МГДГ и ДГДГ Spirulina platenais при снижении темцературы от 36-38°С до 25-27°С, мкмоль.

Время, чао.

О 3

контроль /36-38°0/

Опыт /25-27°С/

МГДГ

10,3*0,0 6,4*о|3

1,4340,10 0,37*0,02

10,3*0,8 3,1*0,2

1,43*0,10 0,69*0,03

6

24 О

а

б

24

О 3 6

24

3,3^,2 5)4±0,2

0,Б*0>01 0,3±0,р1 0*910,03 1,4*0,10

1,06*0,10 0,69*0,02

0,07*0,00 0,02*0,00 0,29+0,01 0,15*0,01

6,9*0,2 7,5*0,2

0,91*0,03 0,50*0,02

ДГДГ

0,6*0,01 0,07*0,00

0,2*0,10 0,02*0,00

2,4±0,20 0,24+0,01

4,5*0,20 0,30*0,01

ДГДГ/МГДГ

36-§8°0

J.

25-27°0

0,05 0,05 0,27 0,25

0,05 0,03 0,26 0,60

I

2

Примечание} I - в пересчете на I г сухой массы водорослей}

2 - В пересчете на I мг хлорофилла.

Переход от 25-27°С и 10-12°С у А.су11Шг1са почти не отражается на приросте биомассы /в контроле через 24 ч он составил 14,4±4,5$, а в опыте б,2±4,5#/, а отношение ДГДГ/ МГДГ у нёе сначала уменьшается /за счет опережающего снижения содержания ДГДГ/, а затем увеличивается также за счет ДГДГ /табл.8/.

¿Наиболее благоприятным при снижении температуры выращи-

вания для З.р1с^епв1з оказался переход от 36-38°С к 25-27°С, способствовавший значительному приросту биомассы /в контроле через 24 ч он составил 27,5*2,8$, а в опыте 76, ±5,4/?/. Накопление ДГДГ, интенсивно происходящее на свету в благоприятных условиях опыта, опережает накопление ДГДГ в высокотемпературной контроле. К концу опыта отношешга ДГДГ/ МГДГ за счет более высокого, чем в контроле, содержания ДГДГ, увеличивается /табл.9/.

Снижение температуры в случае наиболее критическом /у З.р1агепэ1а при переходе от 32-34°С и 10-12°С/ сразу же вызывает повышение содержания ФЛ. При переходе к менее критическим и благоприятным условиям роста /А.су11пйг1са от 25-27°С к Ю-12°С, 5.р1^еаз1а - от 36-38°С к 25-27°С/ содержание ФЛ у объектов также повышается, но несколько позднее, через 3 и 6 часов. У Э.р:1^епэ1в , как в критических, так и в благоприятных условиях, через 24 ч содержание ФЛ снижается, а у А.су11п(1г1оа остается на высоком уровне.

Таким образом, полученные результаты свидетельствуют о специфике изменений липидного состава объектов, что может определять реакцию фотосинтетического аппарата на понижение температуры.

А.оу11айг1оа реагирует на снижение температуры сначала /до 6 ч/ торможением синтеза всех липидов, а затем приспосабливается, о чем свидетельствует наращивание темпов синтеза ГЛ, ФЛ и хлорофилла. Понижение температуры от оптимальной до критической вызывает в итоге у теплолюбивой спирулины торможение накопления всех липидов, а наиболее благоприятный переход /от 36-38°С к 25-27°С/ стимулирует синтез лияидов фотосинтетического аппарата.

' Изменения жирнокислотного состава липидов Зр1гд1±па р]^епз1з при снижении температура выращивания.

Согласно литературным данным, одним, из механизмов, позволяющих поддерживать достаточный уровень текучести клеточных мембран при понижении температуры в определенных для каждого вида пределах, является.изменение жирнокислотного состава ацилсодержащих липпдов /Крепе, 1381/.

Эксперименты показали, что снижение температуры через 24 ч не приводит к существенным различиям и жирнокислотном составе суммарной фракции липидов опытного и контрольного вариантов у з.р]^епз1в в двух-температурных интерпалах /от 36-38°С до 25-27°С и от 32-34°С до 10-12°С/. При пониже- . иии температуры более значительные изменения наблюдаются в динамике жирнокислотного состава МГДГ и ДГДГ. Снижение температуры стимулирует через 24 ч увеличение уровня ненасыщенности жирнокислотного состава МГДГ /табл.Ю/ и ДГДГ при переходе от 32-34°С к 10-12°С, в то же время переход от 36-38°С к 25-27°С не вызывает значительных изменений уровня не-насыщенпости жирнокислотного состава МГДГ и ДГДГ.

Максимальному содержанию МГД1 при 32-34°С соответствует и""чгптгь""д огспержание п его составе ненасыщенных жирных кислот /рис.2/. В обоих температурных интервалах снижение температуры сопровождается значительным колебанием п соотношении жирных кислот МГДГ и ДГДГ.

Рис.2. Содержание МГДГ и суша ненасыщенных жирных кислот, входящих в его состав у Бр±ги11па р1а1;епз1в через 24 ч после начала опыта в разных температурных условиях: I - Ю-12°С; 2 - 25-?.7°С; 3 - 32-34°С; 4 - 36-38°С.

Таблица 10.

Содержание жкрных ;;ислот оГД1 Spirulina platecsis при снижении температуры от 32-34°С до Ю-12°С, % от суммы мирных кислот УТДГ.

Длина углеводной ! Продолжит •ельность гтебыввн'Ш подо рослей ппи пошкенной температуре

цепи и количество ! г.енасыценньк связей! 3 часа Г 6 часов 1 г., i 24 часа

Контроль ! Огшт ! Контроль ! Опыт ! Контроль ! Опыт

16:0 43,1+0,5 48,4±0,5 60,1+0,6 56,0+0,5 47,6+0,5 . 38, 7±0,5

15:1 Ю,5+0,2 6,9+0,2* 5,2+0,2 6,1+0,2 6,5+0,2 11,8+0,3

18:0 18,0+0,3 и,а+о,2 9,0+0,2 12,5+0,2 7,7+0,2 2,7+0,1

18:1 9,5+0,2 15,2+0,2 4,9±0,2 12,9*0,2 9,0±0,2 5,СЙЗ,2

18:2 7,2+0,2 9,1+0,2 12,2+0,2 - 4,610,1 13,9+0,3 21,3+0,4

18:3 /¡/ 1,7+0,1 6,2+0,2 8,6+0,2 3,810,1 15,3±0,3 20,5+0,4

18:4 3,3+0,1 следы следы следы 0,0 0,0

20:0 2,710,1 1,710,1 следы следы 0,0 0,0

20:2 4,0+0,1 следа 0,0 следа 0,0 0,0

20:3 0,0 следы следы 4,0+0,1 0,0 следа

Сумма ненасыщенных ЖИРНЫХ кислот 36,2 39,6 32,6 31,4 44.7 58,6

И.д.с. 0,61 0,60 0,60 0,52 0,89 1,21

С££ жирные кислоты 53,6 55,3 66,3' 62,1 54,1 50,4

С парные кислоты 39,7 43,0 34,7 37,3 45,9 49,6

С20 жирные кислоты 6,7 1,7 ' следа 4,0 0,0 следа

Заключение

Таким образом, нами впервые установлена динамика- содержания липидов в начальный период освещения и определены изменения содержания липидов в зависимости от температуры выращивания и внезапного резкого изменения температурного режима у двух видов синезеленых водорослей, отличающихся температурным оптимумом роста культуры. Можно считать, что изменение соотношения ДГДГ/МГДГ, а также модификация кирнокис-лотного состава ДГДГ и МГДГ являются одной из адаптивных реакций. А. су11айг1оа и З.р1а*епа1а на повышение или понижение температуры выращивания.

Проведенные исследования способствуют выяснению механизмов адаптации прокариотических фотосинтезирующих организмов

к трипдратурным условиям их 'культивирования.

выводи

1. Суммарная фракция липидов синезеленых водорослей АпаЬаепа еу11и<1г1са и 0р1ги11па р1а-1епв1з в соответствующих для каждого вида оптимальных температурных условиях содержала: неполлрные липиды, хлорофилл, каротиноиды, МГДГ, ДГДГ, ФГ, СХДГ и следа фосфатидилинозитола.

2. Показано, что 3,р1^еа^1а при оптимальной температуре накапливала больше липидов и хлорофилла, чем А.су11п-йг1са , у б.р1£^епа1а- более высоким было отношение МГДГ/ хлорофилл, а уровень ненасыщенности жирных кислот суммарной фракции липидов был ниже.

3. Липидной фракции З.р1агепз1а И А.су11п4г1са при оптимальной температуре свойственны следующие жирные кислоты: лауриновая'/12:0/, миристиновая /14:0/, пальмитолеиновая /16:1/, стеариновая /18:0/, олеиновая /10:1/, лииолевая /18: :2/ и линолеНовая/18:3/ кислоты / у 5.рШепз1а 10 а/ 6, 9, 12, у Л.суНпйгАса 189, 12,. 15/.

4. Установлено, что Л.оу11Ис1г1са И 3.р1аЪепв1а как виды, имеющие различные температурные оптимумы выращивания, специфически реагируют на изменение температуры. Специфика их реакции проявляется в особенностях изменчивости липидного состава.

В первые часы после повышения или понижения температуры у обоих видов происходит торможение накопления хлорофилла, МГДГ и ДГДГ. В дальнейшем, у устойчивых к соответствующему изменению температуры видов возобновляется накопление этих веществ, а у неустойчивых - остается на низком уровне или снижается.

5. Изменение соотношения ДГДГ:МГДГ является одной из адаптивных реакций Л.су11лйг1са и З.р1а1епв1в на повышение или понижение температуры выращивания. В критических для объектов условиях содержание ДГДГ снижалось более интенсивно, чем МГДГ, а в условиях более благоприятных оно увеличивалось с большей скоростью, чем МГДГ. В тех же условиях, при которых объекты исследования могли достаточно успешно адаптироваться к температурному стрессу, 'содержание ДГДГ вначале уменьшалось, а затем возрастало.

6. При повышении температуры у обоих водорослей снижался уровень ненасыщенности сую,'¡арной фракции липидов, Сначала у них возрастало относительное содержание насыщенных и моно-ненасищенных короткоцепочечных жирных кислот, затем увеличивалась доля С^ жирных кислот в общем их фонде. Специфика реакции дшрнокислот.иого состава А.су11л<3г1са и 8,р1аЪеп-з1в на повышение температуры заключается в том, что А.су-

11пЛг1оа как вид, у которого доля ненасыщенных жирных кислот была более высокой, модифицировала жирнокислотный состав позднее, чем З,р1^епв1в . Степень ненасыщенности жирных кислот у А.су11п(1г1са в условиях опыта снижалась менее значительно, чем у 3,р1а*епэ1з.

7. Снижение температуры в первые часы не приводило к существенным различиям в жирнокислотном составе суммарной фракции липидов> но отразилось на соотношении жирных кислот

' МГДГ и ДГДГ. Максимальному содержанию МГДГ при 32-34°С соответствовало минимальное процентное содержание в его составе ненасыщенных жирных кислот.

О. Установлено, что благоприятными условиями выращивания для 3.рДМепв1а является температура 32-34°С, в пределах которой, наблюдается максимум прироста биомассы, что обеспечивается. соответствующими содержанием и жирнокислотным соста-

вом МГДГ и ДГДГ. На понижение температуры до Ю°С и повышение до 38°С объект реагирует изменением жирнокислотного состава, содержания и соотношения МГДГ и ДГДГ.

9. Доказана универсальность адаптации синезеленых водорослей к температуре путем изменения содеркания ДГДГ, МГДГ, М и ненасыщенных жирных кислот, а также ж специфика, заключающаяся в накоплении короткоцепочечных жирных кислот в стрессовых условиях, что эволюционно было первичным.

Список работ, опубликованных по материалам диссертации.

I. Лозовая Г.И,, Львовская Н.Р., Посохова Т.Ф./Скороход/. Характеристика хлорофиллсодержащих комплексов из синезеленых водорослей /Теэ. докл. У конференции по низшим растениям Закавказья. Баку, 1979. - С. 25-26. Д. Лозовая Г.И., Скороход T.S,, Бондарешсо Т.О. Характернее- . ка пигментсодеркащих комплексов из водорослей различных отделов /Тез. докл. УП съезда Всесоюзного ботанического общества. Донецк, 1983. - С. 358-359.

3. Скороход Т.Ф. Зависимость жирнокислотного состава синезеленых водорослей от температуры /Тез. докл. I Всесоюзного совещания "Хемотаксоносическое изучение споровых растений и грибов", Киев, 16-18 мая 1990 г.- С. 90-91.

4. Скороход Т.Ф. Влияние температуры на липидный состав сине-зеленых водорослей в первые часы адаптации //Физиология

и биохимия культ, растений. - 1990. - Т.22ГЕ? 3. - С. 275281. . ' • ^

5. Скороход Т.П. Зм1ни в лШдному склад1 синьозелених водо-ростей п1д впливом л1двиценно1 температури // Укра1нський ботанГчниЙ^журнаЛ. - 1990. - Т.47, № 6, - С.54-57.

6. Скороход Т.Ф. Влияние пониженной температуры на состав липидов синезеленых водорослей // Физиология и биохимия культ, растений, - 1991.— Т.23, № I. - С. 51-57.

7. Скороход Г.Э.-, Кудрявцева И.Г. Зависимость жирнокислотного состава липидов спирулины от температуры // Физиология и биохимия культ, растений. - 1991. - Т.23, № 2. - С. 177184. •