СОСТАВ ЛИПИДОВ И ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ МЕМБРАННЫХ СИСТЕМ STELLARIA HUMIFUSA
Аннотация
Работа выполнена на Stellaria humifusa, сем. Caryophyllaceae (длиннокорневищная стержнекорневая поликарпическая трава, гигрофит, почти арктический вид с циркумполярным ареалом). Растения образуют жизненную форму мат и произрастают на скальных выходах вблизи приморской территории. Растительное сообщество состоит из одного вида, покрыто слоем отмерших листьев прошлого года. Исследование липидов показало, что S. humifusa в период активной вегетации имеет липидные фракции в функционально активном состоянии. Фракция нейтральных липидов (структурный компонент клетки и ее запасный фонд) доминирует по процентному содержанию насыщенных жирных кислот (ЖК). Фракция фосфолипидов (основная мембранная система клеток) имеет наибольшее содержание ЖК, высокие значения количества диеновых, триеновых и насыщенных ЖК. Именно эта фракция содержит максимальное количество линолевой кислоты. Во фракцию гликолипидов (липиды мембран хлоропластов) входит около 32 % всех ЖК исследуемого вида, активность которых связана с фотосинтезом. В этой фракции меньше содержание диеновых и насыщенных ЖК, но значительно больше по сравнению с другими группами триеновых ЖК, в том числе и линоленовой кислоты. Исследование активности ферментов антиоксидантной системы (АОС) в листьях у S. humifusa показало невысокие значения пероксидазной активности (2,2 и 1 мкмоль тетрагваякола на мг белка при рН 5 и 7,8 соответственно) на фоне большой каталазной активности (366 мкмоль Н2О2/мг белка) по сравнению с другими травянистыми растениями. Это может свидетельствовать o приспособленности вида к условиям среды. Высокий уровень содержания ненасыщенных липидов в структуре мембранной системы фотосинтетического аппарата вносит большой вклад в поддержание его высокой функциональной активности у S. humifusa.
Ключевые слова
Полный текст:
PDFЛитература
Алаудинова Е. В., Миронов П. В. Липиды меристем лесообразующих хвойных пород центральной Сибири в условиях низкотемпературной адаптации. 2. Особенности метаболизма жирных кислот фосфолипидов меристем Larix sibirica Ledeb., Picea obovata L. и Pinus sylvestris L // Химия растительного сырья. 2009. № 2. С. 71–76.
Галибина Н. А., Мошкина Е. В., Никерова К. М., Мощенская Ю. Л., Знаменский С. Р. Активность пероксидазы как индикатор степени узорчатости древесины карельской березы // Лесоведение. 2016. № 4. С. 294–304.
Герасименко Т. В., Швецова В. М. Основные итоги эколого-физиологических исследований фотосинтеза в Арктике // Эколого-физиологические исследования фотосинтеза и дыхания растений. Л.: Наука, 1989. С. 65–114.
Жиров В. К., Мерзляк М. Н. Воздействие низких температур на вменение степени повреждения мембран и интенсивность пероксидации пшидов у гороха, подвергшегося холодовому закаливанию // Биологические науки. 1983. № 2. С 77–82.
Лось Д. А. Десатуразы жирных кислот. М.: Научный мир, 2014. 372 с.
Лось Д. А. Структура, регуляция экспрессии и функционирования десатураз жирных кислот // Успехи биологической химии. 2001. Т. 41. С. 163–169.
Марковская Е. Ф., Сысоева М. И., Шерудило Е. Г. Кратковременная гипотермия и растение / Отв. редактор Н. П. Чернобровкина. Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 2013. 194. с.
Мирошниченко О. С. Биогенез, физиологическая роль и свойства каталазы // Biopolymers and Cell. 1992. Т. 8, №6. С. 3–25. doi: 10.7124/bc.00033C.
Никерова К. М., Галибина Н. А. Влияние нитратного азота на пероксидазную активность в тканях Betula pendula Roth var. pendula и B. pendula var. carelica (Mercklin) // Сибирский лесной журнал. 2017. № 1. С. 15–24.
Никерова К. М., Галибина Н. А., Мощенская Ю. Л., Новицкая Л. Л., Подгорная М. Н., Софронова И. Н. Каталазная активность в листовом аппарате у сеянцев березы повислой разных форм (Betula pendula Roth): var. pendula и var. carelica (Mercklin) // Труды КарНЦ РАН. 2016. № 11. С. 68–77. doi: 10.17076/eb460.
Павлова В. А., Нефедьева Е. Э., Лысак В. И., Шайхиев И. Г. Влияние импульсного давления на некоторые биохимические процессы семян гречихи при прорастании // Вестник Казанского технологического университета. 2014. Т. 17, № 21. С. 199–203.
Прадедова Е. В., Ишеева О. Д., Саляев Р. К. Ферменты антиоксидантной защиты вакуолей корнеплодов столовой свеклы // Физиология растений. 2011. Т. 58, № 1. С. 40–48.
Родионов В. С. Влияние низких температур на липидный обмен и фазовые переходы в мембранах // Эколого-физиологические механизмы устойчивости растений к действию экстремальных температур. Петрозаводск: КФ АН СССР, 1978. С. 37–57.
Синькевич М. С., Дерябин А. Н., Трунова Т. И. Особенности окислительного стресса у растений картофеля с измененным углеводным метаболизмом // Физиология растений 2009. Т. 56, № 2. С. 161–162.
Шмакова Н. Ю., Марковская Е. Ф. Фотосинтетические пигменты растений и лишайников арктических тундр Западного Шпицбергена // Физиология растений. 2010. Т. 57, № 6. С. 819–825.
Шуляковская Т. А., Ильинова М. К., Карелина Т. В. Липидный состав тканей ствола Betula pendula и B. pendula var. carelica (Betulaceae) // Растительные ресурсы. 2014. Т. 50, № 1. С. 94–104.
El-Beltagi H. S., Mohamed A. A., Mekki B. B. Differences in some constituents, enzymes activity and electrophoretic characterization of different rapeseed (Brassica napus L.) cultivars // Ann Univ Oradea – Fascicle Biol Tom. 2011. Vol. 18, no. 1. P. 39–46.
Gechev T., Willekens H., Van Montagu M., Inze D., Van Camp W., Toneva V., Minkov I. Different responses of tobacco antioxidant enzymes to light and chilling stress // J Plant Physiol. 2003. Vol. 160, no. 5. P. 509–515. doi: 10.1078/0176-1617-00753.
Hugly S., Somerville C. A role for membrane lipid polyunsaturation in chloroplast biogenesis at low temperature // Plant Physiology. 1992. Vol. 99, no. 1. P. 197–202.
Korner С. Alpine plant life: Functional plant ecology of high mountain ecosystems. Berlin, Germany: Springer Verlag, 1999. P. 101–114.
Laskay G., Lehoczki E. Correlation between linolenic-acid deficiency in chloroplast membrane lipids and decreasing photosynthetic activity in barley // Biochimic. Biophys. Acta. 1986. Vol. 849, no. 1. P. 77–84. doi: 10.1016/0005-2728(86)90098-8.
Levitt J. Responses of plants to environmental stress. Vol.1. Chilling, freezing and high temperatures stresses. New York: Acad. Press, 1980. P. 163–166.
Li W., Wang R., Li M., Li L., Wang C., Welti R., Wang X. Differential degradation of extraplastidic and plastidic lipids during freezing and post-freezing recovery in Arabidopsis thaliana // Journal of Biological Chemistry. 2008. Vol. 283, no. 1. P. 461–468. doi: 10.1074/jbc.M706692200.
Lütz C., Bergweiler P., Di Piazza L., Holzinger A. Cell organelle structure and function in alpine and polar plants are influenced by growth conditions and climate. Plants in alpine regions / Eds. C. Lütz, Wien: Springer, 2012. Р. 43–60.
Matsuda O., Iba K. Trienoic fatty acids and stress responsis in higher plants // Plant Biothechnology. 2005. Vol. 22, no. 5. P. 423–430. doi: 10.5511/plantbiotechnology.22.423
Namdjoyan S. H., Khavari-Nejad R. A., Bernard F., Nejadsattari T., Shaker H. Antioxidant Defense Mechanisms in Response to Cadmium Treatments in Two Safflower Cultivars // Russ J Plant Physiol. 2011. Vol. 58, no. 3. P. 467–477. doi: 10.1134/S1021443711030149.
Nazari M. R., Habibpour Mehraban F., Maali Amiri R., Zeinali Khaneghah H. Change in antioxidant responses against oxidative damage in black chickpea following cold acclimation // Russ J Plant Physiol. 2012. Vol. 59, no. 2. P. 183–189. doi: 10.1134/S102144371201013X.
Nimaeva O. D., Pradedova, E. V., Salyaev, R. K. Activity and isoenzyme composition of vacuolar peroxidase in the roots of red beet at different stages of development and upon changes in storage conditions // Russ J Plant Physiol. 2014. Vol. 61, no. 3. P. 324–331 doi: 10.1134/S1021443714030108.
Rivero R. M., Ruiz J. M., Garcia P. C., López-Lefebre L. R., Sánchez, E., Romero L. Resistance to cold and heat stress: accumulation of phenolic compounds in tomato and watermelon plants // Plant Sci. 2001. Vol. 160, no. 2. P. 315–321. doi: 10.1016/S0168-9452(00)00395-2.
Ronning O. I. The flora of Svalbard. Norsk Polarinst. Polarhеndbok, Oslo, 1996. 184 р.
Routaboul J. H., Fischer S. F., Browse J. Trienoic fatty acids are required to maintain chrloroplast function at low temperatures // Plant Physiol. 2000. Vol. 124, no. 4. P. 1697–1705. doi: 10.1104/pp.124.4.1697.
Sakai A.; Larcher W. Frost Survival of Plants: Response and Adaptation to Freezing Stress. Berlin, Heidelberg: Springer Verlag, 1987. doi: 10.1007/978-3-642-71745-1.
Schmid K. M., Ohlrogge J. B. Lipid metabolism in plants / Eds. D. E., Vance J. E. Biochemistry of lipids, lipoproteins and membranes. Amsterdam, the Netherlands: Elsevier. 2002. P. 93–126.
Upchurch R. G. Fatty acid unsaturation, mobilization, and regulation in the response of plant to stress // Biotechnology Letters. 2008. Vol. 30, no. 6. P. 967–977. doi: 10.1007/s10529-008-9639-z.
Wallis J. G., Browse J. Mutants of Arabidopsis reveal many roles for membrane lipids // Progress in Lipid Research. 2002. Vol. 41, no. 3. P. 354–278. doi: 10.1016/S0163-7827(01)00027-3.
Zheng G., Tian B., Zhang F., Tao F., Li W. Plant adaptation to frequent alterations between high and low temperatures: remodeling of membrane lipids and maintenance of unsaturation levels // Plant Cell Environ. 2011. Vol. 34, no. 9. P. 1431–1442. doi: 10.1111/j.1365-3040.2011.02341.x.
References in English
Alaudinova E. V., Mironov P. V. Lipidy meristem lesoobrazuyushchikh khvoinykh porod central’noj Sibiri v usloviyakh nizkotemperaturnoj adaptacii. 2. Osobennosti metabolizma zhirnykh kislot fosfolipidov meristem Larix sibirica Ledeb., Picea obovata L. i Pinus sylvestris L. [Lipids of forest-forming coniferous species meristems of the Central Siberia under low-temperature adaptation. 2. Features of fatty acids metabolism of Larix sibirica Ledeb., Picea obovata L. and Pinus sylvestris L. meristems phospholipids]. Himiya rastitel’nogo syr’ya [Chem. of Crude Plants]. 2009. No. 2. P. 71–76.
Galibina N. A., Moshkina E. V., Nikerova K. M., Moshchenskaya
Yu. L., Znamenskii S. R. Aktivnost’ peroksidazy kak indikator stepeni uzorchatosti drevesiny karelskoy berezy [Peroxidase activity indicates veining of the curly birch]. Lesovedenie [Russ. Journal of Forest Sci.]. 2016. No. 4. P. 294–304.
Gerasimenko T. V., Shvetsova V. M. Osnovnye itogi ekologo-fiziologicheskikh issledovanii fotosinteza v Arktike [Main results of ecological and physiological research on photosynthesis in the Arctic]. Ekologo-fiziologicheskie issledovaniya fotosinteza i dykhaniya rastenii [Ecological and Physiological Research on Photosynthesis and Respiration of Plants]. Leningrad: Nauka,
P. 65–114.
Los’ D. A. Desaturazy zhirnykh kislot [Fatty acid desaturases].
Moscow: Nauchnyj mir, 2014. 372 p.
Los’ D. A. Struktura, regulyatsiya ehkspressii i funktsionirovaniya
desaturaz zhirnyh kislot [Structure, regulation of expression and functioning of fatty acid desaturases] Uspekhi biologicheskoj khimii [Biological Chemistry Rev.]. 2001. Vol. 41. P. 163–169.
Markovskaya E. F., Sysoeva M. I., Sherudilo E. G. Kratkovremennaya gipotermiya i rastenie [Short-term hypothermia and plants]. Ed. N. P. Chernobrovkina. Petrozavodsk: KarRC of RAS, 2013. 194 p.
Miroshnichenko O. S. Biogenez, fiziologicheskaya rol’ i svojstva katalazy [The biogenesis, physiological role, and properties of catalase]. Biopolymers and Cell. 1992. Vol. 8, no. 6. P. 3–25. doi: 10.7124/bc. 00033C
Nikerova K. M., Galibina N. A. Vliyanie nitratnogo azota na peroksidaznuyu aktivnost’ v tkanyakh Betula pendula Roth var. pendula i B. pendula var. carelica (Mercklin) [The influence of nitrate on peroxidase activity in tissues of the Betula pendula Roth var. pendula and B. pendula var. carelica (Mercklin)]. Sibirskiy lesnoy zhurnal [Siberian Journal of Forest Sci.]. 2017. No. 1. P. 15–24.
Nikerova K. M., Galibina N. A., Moshchenskaya Yu. L., Novitskaya L. L., Podgornaya M. N., Sofronova I. N. Katalaznaya aktivnost’ v listovom apparateu seyantsev berezy povisloj raznykh form (Betula pendula Roth): var. pendula i var. carelica (Mercklin) [Catalase activity in leaves of the silver birch seedlings of different forms (Betula pendula Roth): var. pendula and var. carelica (Mercklin)]. Trudy KarNTC RAN [Trans. of
KarRC of RAS]. 2016. No. 11. P. 68–77. doi: 10.17076/eb460
Pavlova V. A., Nefed’eva E. Eh., Lysak V. I., Shajhiev I. G. Vliyanie impul’snogo davleniya na nekotorye biokhimicheskie protsessy semyan grechikhi pri prorastanii [Impact of impulse pressure on some biochemical processes in germinating seeds of the buckwheat]. Vestnik Kazanskogo tekhnologicheskogo universiteta [Herald of Kazan Tech. Un.]. 2014. Vol. 17, no. 21.
P. 199–203.
Pradedova E. V., Isheeva O. D., Salyaev R. K. Fermenty
antioksidantnoi zashchity vakuolei korneplodov stolovoi svekly [Antioxidant defense enzymes in cell vacuoles of red beet roots]. Fiziologiya rastenii [Russ. Journal of Plant Physiol.]. 2011. Vol. 58, no. 1. P. 36–44. doi: 10.1134/S1021443711010110
Rodionov V. S. Vliyanie nizkikh temperatur na lipidnyj obmen i fazovye perekhody v membranakh. Ekologo-
fiziologicheskie mekhanizmy ustojchivosti rastenij k dejstviyu ekstremal’nykh temperatur [Influence flow temperatures on lipid exchange and phase transitions in membranes. Ecological and physiological mechanisms of plants resistance to extreme temperatures impact]. Petrozavodsk: Karel. fil. AN SSSR, 1978. P. 37–57.
Shmakova N. Yu., Markovskaya E. F. Fotosinteticheskie pigmenty rastenii i lishainikov arkticheskikh tundr Zapadnogo Shpitsbergena [Photosynthetic pigments of plants and lichens inhabiting Arctic tundra of West Spitsbergen]. Fiziologiya rastenii [Russian Journal of Plant Physiology]. 2010. Vol. 57, no. 6. P. 819–825.
Shulyakovskaya T. A., Il’inova M. K., Karelina T. V. Lipidnyj sostav tkanej stvola Betula pendula i B. pendula var. carelica (Betulaceae) [Lipid composition in trunk tissues of the Betula pendula and B. pendula var. carelica (Betulaceae)]. Rastitel’nye resursy [Plant Resources]. 2014. Vol. 50, no. 1. P. 94–104.
Sin’kevich M. S., Deryabin A. N., Trunova T. I. Osobennosti
okislitel’nogo stressa u rastenii kartofelya s izmenennym uglevodnym metabolizmom [Characteristics of oxidative stress in potato plants with modified carbohydrate metabolism]. Fiziologiya rastenii [Russ. Journal of Plant Physiol.]. 2009. Vol. 56, no. 2. P. 168–174. doi: 10.1134/S1021443709020046
Zhirov V. K., Merzlyak M. N. Vozdejstvie nizkikh temperatur na izmenenie stepeni povrezhdeniya membran i intensivnost’ peroksidatsii lipidov u gorokha, podvergshegosya holodovomu zakalivaniyu [Impact of low temperatures on membranes damage degree and intensity of lipids peroxidation in peas under cold hardening]. Biologicheskie nauki [Biological Sciences]. 1983. No. 2. P. 77–82.
El-Beltagi H. S., Mohamed A. A., Mekki B. B. Differences in some constituents, enzymes activity and electrophoretic
characterization of different rapeseed (Brassica napus L.) cultivars. Ann Univ Oradea – Fascicle Biol Tom. 2011. Vol. 18, no. 1. P. 39–46.
Gechev T., Willekens H., Van Montagu M., Inze D., Van Camp W., Toneva V., Minkov I. Different responses of tobacco antioxidant enzymes to light and chilling stress. J. Plant Physiol. 2003. Vol. 160, no. 5. P. 509–515. doi: 10.1078/0176‑1617‑00753
Hugly S., Somerville C. A role for membrane lipid polyunsaturation in chloroplast biogenesis at low temperature. Plant Physiology. 1992. Vol. 99, no. 1. P. 197–202.
Korner С. Alpine plant life: Functional plant ecology of high mountain ecosystems. Berlin, Germany: Springer Verlag, 1999. P. 101–114.
Laskay G., Lehoczki E. Correlation between linolenic acid deficiency in chloroplast membrane lipids and decreasing photosynthetic activity in barley. Biochimic. Biophys. Acta. 1986. Vol. 849, no. 1. P. 77–84. doi: 10.1016/0005-2728(86)90098-8
Levitt J. Responses of plants to environmental stress. Chilling, freezing and high temperatures stresses. New York: Acad. Press, 1980. Vol. 1. P. 163–166.
Li W., Wang R., Li M., Li L., Wang C., Welti R., Wang X. Differential degradation of extraplastidic and plastidic lipids during freezing and post-freezing recovery in Arabidopsis thaliana. Journal of Biological Chemistry. 2008. Vol. 283, no. 1. P. 461–468. doi: 10.1074/jbc.M706692200
Lütz C., Bergweiler P., Di Piazza L., Holzinger A. Cell organelle structure and function in alpine and polar plants are influenced by growth conditions and climate. Plants in alpine regions. Ed. C. Lütz, Wien: Springer, 2012. Р. 43–60.
Matsuda O., Iba K. Trienoic fatty acids and stress responsis in higher plants. Plant Biothechnology. 2005. Vol. 22, no. 5. P. 423–430. doi: 10.5511/plantbiotechnology.22.423
Namdjoyan S. H., Khavari-Nejad R. A., Bernard F., Nejadsattari T., Shaker H. Antioxidant Defense Mechanisms in Response to Cadmium Treatments in TwoSafflower Cultivars. Russ. J. Plant Physiol. 2011. Vol. 58, no. 3. P. 467–477. doi: 10.1134/S1021443711030149
Nazari M. R., Habibpour Mehraban F., Maali Amiri R., Zeinali Khaneghah H. Change in antioxidant responses against oxidative damage in black chickpea following cold acclimation. Russ. J. Plant Physiol. 2012. Vol. 59, no. 2. P. 183–189. doi: 10.1134/S102144371201013X
Nimaeva O. D., Pradedova E. V., Salyaev R. K. Activity and isoenzyme composition of vacuolar peroxidase in the roots of red beet at different stages of development and upon changes in storage conditions. Russ. J. Plant Physiol. 2014. Vol. 61, no. 3. P. 324–331. doi: 10.1134/S1021443714030108
Rivero R. M., Ruiz J. M., Garcia P. C., López-Lefebre L. R., Sánchez E., Romero L. Resistance to cold and heat stress: accumulation of phenolic compounds in tomato and watermelon plants. Plant Sci. 2001. Vol. 160, no. 2. P. 315–321. doi: 10.1016/S0168-9452(00)00395-2
Ronning O. I. The flora of Svalbard. Norsk Polarinst. Polarhеndbok, Oslo, 1996. 184 р.
Routaboul J. H., Fischer S. F., Browse J. Trienoic fatty acids are required to maintain chrloroplast function at low temperatures. Plant Physiol. 2000. Vol. 124, no. 4. P. 1697–1705. doi: 10.1104/pp.124.4.1697
Sakai A., Larcher W. Frost Survival of Plants: Response and Adaptation to Freezing Stress. Berlin, Heidelberg: Springer Verlag, 1987. doi: 10.1007/978‑3‑642‑71745‑1
Schmid K. M., Ohlrogge J. B. Lipid metabolism in plants. Eds. D. E. Vance, J. E. Vance. Biochemistry of lipids, lipoproteins and membranes. Amsterdam, the Netherlands: Elsevier, 2002. P. 93–126.
Upchurch R. G. Fatty acid unsaturation, mobilization, and regulation in the response of plant to stress. Biotechnology Letters. 2008. Vol. 30, no. 6. P. 967–977. doi: 10.1007/s10529‑008‑9639‑z
Wallis J. G., Browse J. Mutants of Arabidopsis reveal many roles for membrane lipids. Progress in Lipid Research. 2002. Vol. 41, no. 3. P. 354–278. doi: 10.1016/S0163-7827(01)00027-3
Zheng G., Tian B., Zhang F., Tao F., Li W. Plant adaptation to frequent alterations between high and low temperatures: remodeling of membrane lipids and maintenance of unsaturation levels. Plant Cell Environ. 2011. Vol. 34, no. 9. P. 1431–1442. doi: 10.1111/j.1365-3040.2011.02341.x
DOI: http://dx.doi.org/10.17076/eb575
Ссылки
- На текущий момент ссылки отсутствуют.
© Труды КарНЦ РАН, 2014-2019