Сравнительное исследование влияния оксигумата на обмен фосфатидилинозитола некоторых растений

АННОТАЦИЯ

Объектом исследования были проростки хлопчатника, сои, арахиса, пшеницы и фасоли.

Проведено сравнительное исследование влияния оксигумата на обмен фосфатидилинозитола при прорастании семян некоторых растений, таких как, хлопчатника, сои, арахиса, пшеницы и фасоли.

В результате исследования впервые было определено влияние оксигумата на обмен фосфатидилинозитола семян различных растений и показано стимулирующее действие оксигумата на метаболизм фосфолипидов при прорастании семян. Нами обнаружено стимуляторное действие оксигумата на рост сельскохозяйственных культур.

ABSTRACT

The object of the research is sprouts of cotton, soybeans, peanuts, wheat and beans. A comparative study of the effect of osigumate on the metabolism of phosphatidylinositol of some plants during germination of seeds of cotton, soybeans, peanuts, wheat and beans is presented.

As a result of the study, for the first time, the effect of oxyhumate on the exchange of phosphatidylinositol in seeds of various plants was determined, and the stimulating effect of oxyhumate on the activity of phospholipid metabolism during seed germination was shown. We have found that oxyhumate acts as a growth stimulant for crops. 

Ключевые слова: Семена, проростки, фосфолипиды, фосфатидилинозитол, тонкослойная хроматография, оксигумат.

Keywords: Seeds, seedlings, phospholipids, phosphatidylinositol, thin layer chromatography, oxygumate

Введение

Обмен фосфорсодержащих соединений в растительном организме продолжает привлекать внимание исследователей. В нем участвуют такие важнейшие макромолекулы, как белки, нуклеиновые кислоты, углеводы и липиды. Фосфолипиды, содержащие небольшую (1-5%) долю общего фосфора семян, занимают в фосфорном обмене особое место. Это обусловлено тем, что, являясь основными компонентами клеточных мембран, они определяют их функциональную и структурную целостность. Фосфолипиды являются важными компонентами биологических мембран и каскадов передачи сигналов в растениях. В последние годы исследования фосфолипидов растений значительно продвинулись благодаря характеристике многочисленных мутантов, влияющих на биосинтез фосфолипидов, и открытию ряда функционально важных фосфолипид-связывающих белков. Сейчас принято считать, что большинство фосфолипидов в той или иной степени выполняют регуляторные функции, в том числе те, которые служат составными частями биологических мембран. Фосфолипиды - это больше, чем инертный конечный продукт биосинтеза липидов. Фосфолипаза D (PLD) катализирует гидролиз фосфолипидов с образованием фосфатидной кислоты, которая часто действует как вторичный мессенджер передачи внутриклеточных сигналов. В обзоре обобщены данные ведущих лабораторий об особенностях организации и регуляции активности PLD в клетках растений и животных. Обсуждаются основные структурные домены PLD (C2, PX, PH), активный центр и другие функционально важные части фермента. Подробно охарактеризованы регуляторные механизмы активности PLD. Показано, что исследования, связанные с молекулярным дизайном, анализом и синтезом новых нетоксичных веществ, способных ингибировать различные изоферменты PLD in vivo, являются многообещающими для биотехнологии и медицины. В процессах прорастания, вегетации и созревания семян происходит интенсивное обновление клеточных мембран [1; 2] и, как следствие, отмечаются глубокие изменения как в составе фосфолипидов, так и в их количественном соотношении. Как показывает практика передовых хозяйств, значительную прибавку урожая томатов дает применение в период вегетации препарата Оксигумат – природного стимулятора и регулятора роста нового поколения. Результаты исследований [3; 4] свидетельствуют о наличии высокого стимулирующего действия гуминовых веществ (ГВ) на ростовые процессы растений в начальную фазу развития.

Цель настоящей работы - сравнительное исследование влияния оксигумата на метаболизм фосфатидилинозитола некоторых растений.

Материалы и методы

Объектом исследования служили семена и проростки хлопчатника (Gossypium hirsutum L.) сорта 108-Ф, сои (Glycine hispida L.) сорта Дустлик, арахиса (Arahyus hypogaea L.) сорта Перзуван 46/2, пшеницы (Triticum aestivum L.) сорта Юна, кукурузы (Zea mays L.) сорта БЦ-6661 и фасоли (Phaseolus vulgaris L.) сорта Вигна штамбовая 661. Опыты проводили в лабораторных условиях.

Фосфолипидный состав определяли методом микро-ТСХ [5].

Фосфолипиды разделяли с помощью двумерной микро-ТСХ в следующих системах растворителей: 1 система: хлороформ:метанол:25%-ный аммиак (65:25:5), 2 система: хлороформ:ацетон:метанол:уксусная кислота:вода (100:40:20:20:10).[ 6]   

Для разделения фосфоинозитидов на отдельные фракции обычно применяется бумажная хроматография; разделение проводят на бумаге, пропитанной формальдегидом. Процесс приготовления бумаги очень трудоемкий, само разделение на бумаге занимает длительное время (18-20 ч). Поэтому для разделения фосфоинозитов на отдельные фракции использовали метод ТСХ [7].

Результаты и обсуждение

Многими исследователями было установлено [8], что различные ГВ, особенно гуминовые кислоты и их соли, могут стимулировать прорастание семян, активизировать дыхание растений, повышать продуктивность крупного рогатого скота, птицы . Более того, было показано, что некоторые препараты ГВ сдерживают развитие злокачественных опухолей, повышают устойчивость организмов к различного рода воспалительным процессам.  Гуминовые вещества изменяют проницаемость клеточных мембран, повышают активность ферментов, стимулируют процессы дыхания, синтеза белков и углеводов, увеличивают содержание хлорофилла и продуктивность фотосинтеза, что, в свою очередь, создает предпосылки получения экологически чистой продукции.

Результаты исследований свидетельствуют наличии высокого стимулирующего действия ГВ на ростовые процессы растений в начальную фазу развития. При этом установлено, что:

1. ГВ усиливают корнеобразование растений, что приводит к улучшению условий питания и сопровождается активизацией роста надземной части растения;

2. изменяется фосфорный обмен, что выражается в увеличении количества фосфорорганических соединений, принимающих участие в реакциях переноса и трансформации энергии, т.е. в растении накапливаются сахара и усиливается синтез нуклеиновых кислот;

3. повышается интенсивность процессов дыхания, фотосинтеза и водо обмена, растет концентрация хлорофилла и аскорбиновой кислоты, особенно в начальные фазы развития растения и др.

В связи с этим, изучение влияния оксигумата на обмен отдельных фосфолипидов прорастающих семян различных растений, представляет значительный интерес с точки зрения формирования мембран клеток и их мобилизации в обменные процессах [9;10].

В ходе исследований выявлены различия в изменении отдельных фосфолипидов в процессе прорастания семян растений.

На рис.1. представлены сравнительные показатели изменения фосфатидилинозитола в семянах хлопчатника (А) и сои (В) в период прорастания.

A

B

Рисунок 1. Сравнительные показатели содержания фосфатидилинозитола в семенах хлопчатника (А) и сои (В) в период прорастания

Из представленных данных видно, что содержание фосфатидилинозитола в семенах хлопчатника в 4 раза выше, по сравнению с семенами сои.

В период прорастания содержание фосфатидилинозитола увеличивается и достигает максимума к пятому дню прорастания. Наряду с этим обнаружены различия в динамике изменения содержания фосфатидилинозитола в процессе прорастания семян. Так, содержание фосфатидилинозитола к 3-му дню прорастания в семенах хлопчатника увеличивается на 43%, в то время как в проростках сои оно увеличивается на 73%. Резкое увеличение изменения фосфатидилинозитола (в 3,1 раза) в семенах сои наблюдается к пятому дню прорастания, в то время как в проростках хлопчатника этот показатель составляет 76%. В последующие дни прорастания наблюдается сравнительно резкое снижение содержания ФИ в обоих растениях.

Исследования влияния оксигумата на процесс прорастания семян хлопчатника и сои показали некоторое увеличение фосфатидилинозитола по сравнению с контролем. В этих случаях обнаружены различия в динамике изменения фосфатидилинозитола прорастающих семян обоих растений. Так, на третьй день роста в проростках сои содержание фосфатидилинозитола увеличивается на 30% по сравнению с контролем, к дню прорастания этот показатель снижается и составляет 24%, к пятому дню-он равен 11%. Аналогичные изменения в содержании фосфатидилинозитола в проростках хлопчатника под действием оксигумата. Эти показатели ниже приведенных для сои и оставляют 5% фосфатидилинозитола к 1-3 дням прорастания и 3% - к пятому дню прорастания семян хлопчатника.

Аналогичное сравнительное исследование содержания фосфатидилинозитола в процессе прорастания семян пшеницы и арахиса выявило различия в содержании этого фосфолипида (рис. 2).

A

B

Рисунок 2. Сравнительные показатели содержания фосфатидилинозитола в семенах арахиса (А) и пшеницы (В) в период прорастания

Из представленных данных видно, что содержание фосфатидилинозитола в семенах пшеницы в 2,6 раза выше, по сравнению с семенами арахиса.

В этом случае также в период прорастания содержание фосфатидилинозитола увеличивается и достигает максимума к пятому дню Наряду с этим обнаружены различия в динамике изменения содержания фосфатидилинозитола с процессе прорастания семян. Так, содержание фосфатидилинозитола к третьему дню прорастания в семенах пшеницы увеличивается на 12%, в то время как в проростках арахиса оно увеличивается в 2 раза. Резкое увеличение фосфатидилинозитола (в 2,5 раза) в семенах наблюдается у ареха к пятому дню прорастания, тогда как, в проростках пшеницы этот показатель составляет 26%. В последующие дни прорастания наблюдается сравнительно резкое снижение содержания фосфатидилинозитола в обоих растениях.

Исследования влияния оксигумата на процесс прорастания семян пшеницы и арахиса показали некоторое увеличение содержания фосфатидилинозитола по сравнению с контролем. В этом экспериментах обнаружены различия в динамике изменения фосфатидилинозитола прорастающих семян обоих растений. Так, в проростках пшеницы на первый день прорастания содержание фосфатидилинозитола увеличивается на 4% по сравнению с контролем, к третьему дню прорастания этот показатель снижается и составляет 3,6%, к пятому дню он равен 3,2%. Аналогичные изменения в содержании фосфатидилинозитола в проростках арахиса под действием оксигумата. Эти показатели ниже аналогичных для пшеницы и составляют 9% к первому дню, 5,5% к третьему дню и 4,5% к пятому дню прорастания семян арахиса.

На рис.3. представлены сравнительные показатели изменения фосфатидилинозитола в семянах хлопчатника (А) и фасоли (В) в период прорастания.

Рисунок 3. Показатели содержания ФИ в семенах фасоли в период прорастания (в процентах)

Из представленных данных видно, что содержание фосфатидилинозитола в семенах хлопчатника в 1,9 раза выше по сравнению плодами фасоли.

Наряду с этим, обнаружены различия в динамике изменения содержания фосфатидилинозитола в процессе прорастания семян. Так, содержание фосфатидилинозитола к третьему дню прорастания в семенах хлопчатника увеличивается на 43%, в то время как в проростках фасоли-на 17%. Резкое увеличение изменения фосфатидилинозитола (33%) в бобах фасоли наблюдается к пятому дню прорастания, в то время, как в проростках хлопчатника этот показатель составляет 76%. В последующие дни прорастания наблюдается сравнительно резкое снижение содержания фосфатидилинозитола в обоих растениях.

Исследования влияния оксигумата на процесс прорастания семян хлопчатника и плодов фасоли показало некоторое увеличение фосфатидилинозитола по сравнению с контролем. В этом случае обнаружены различия в динамике изменения фосфатидилинозитола прорастающих семян обоих растений. Так, в проростках фасоли к первому дню содержание фосфатидилинозитола увеличивается на 4,2% по сравнению с контролем, к третьему дню прорастания этот показатель увеличивается и составляет 23,9%, к пятому дню он равен 40%. Аналогичные изменения в содержании фосфатидилинозитола в проростках хлопчатника отмечены под действием оксигумата. Эти показатели ниже по сравнению с фасолью и составляют 5% - к 1-3 дням и 3% - к пятому дню прорастания семян хлопчатника.

Заключение

Таким образом, сравнительные показатели содержания фосфатидилинозитола в семенах показали, что наибольшее его количество наблюдается у пшеницы (36,8%) и хлопчатника (22%), а наименьшее - у сои (5,2%).

Динамика изменения содержания фосфатидилинозитола в период прорастания семян идентична. Максимальное содержание данного фосфолипида наблюдается к пятому дню.

Гуминовые вещества оказывают наиболее благоприятное действие на содержание ФИ в семенах сои (увеличение на 30%) и фасоли (увеличение до 40%).

Список литературы:

1. Kolesnikov YS, Nokhrina KP, Kretynin SV, Volotovski ID, Martinec J, Romanov GA, Kravets VS (January 2012). "Molecular structure of phospholipase D and regulatory mechanisms of its activity in plant and animal cells". Biochemistry. Biokhimiia. 77 (1): 1–14. doi:10.1134/S0006297912010014. PMID 22339628. S2CID 14815405.

2. Plant Phospholipid Diversity: Emerging Functions in Metabolism and Protein–Lipid Interactions. Yuki Nakamura. Published:October 06, 2017DOI:https://doi.org/10.1016/j.tplants.2017.09.002

3. Химия биологических активных природных соединений. Н.А.Преображенского, Р.П. Евтигнеева. Москва. Издательство “ХИМИЯ”.1976г. с.189

4. Попов А. И. П58 Гуминовые вещества: свойства, строение, образование/ Под ред. Е. И. Ермакова. — СПб.: Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2004. — 248 с. ISBN 5-288-03516-4. с.-105

5. Попов А. И. П58 Гуминовые вещества: свойства, строение, образование/ Под ред. Е. И. Ермакова. — СПб.: Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2004. — 248 с. ISBN 5-288-03516-4. с.-92

6. Svetachev V.I., Vaskovsky V.E. A simplified technique for thin-layer microchromatography of lipids // J. Chromatogr. 1972. V. 6. P. 376–378.

7. Сафонова Е.Ф. Выбор оптимальных параметров разделения фосфолипидов в тонком слое сорбента / Е.Ф. Сафонова [и др.] // Химико-фармацевтический журн. 2002. Т.36. №4. С.41-43.

8. Христева Л.А. О природе действия физиологически активных форм гуминовых кислот и других стимуляторов роста растений // Гуминовые удобрения. Теория и практика их применения. Киев, 1998. Ч. 3. С. 13-27.

9. Шарашова B.C., Лебедева Л.П., Проскурникова Т.А. и др. Опыт применения гуминовых удобрений в альпийском и субальпийском поясах растительности // Гуминовые удобрения. Теория и практика их применения. Киев, 1998. Ч. 3. С. 368-371

10. Шевелуха B.C. Рост растений и его регуляция в онтогенезе. Издательство ИТРК. ISBN:9785880103805. Россия. 2016. с. 259-292.