Барьерные функции перикарпиев сахарной свеклы (Beta vulgaris L.) различных генотипов

Исследованы барьерные функции перикарпиев сахарной свеклы. Установлено, что в перикарпиях ее различных гибридов содержится значительное количество фенольных соединений, которые представлены оксикоричными кислотами, флавоноидами и кумаринами. Тритерпеновые сапонины, содержащиеся в плодах сахарной све...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2015
Автори:	Кляченко, О.Л., Лиханов, А.Ф., Грахов, В.П.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Iнститут фізіології рослин і генетики НАН України 2015
Назва видання:	Физиология растений и генетика
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/159545
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Барьерные функции перикарпиев сахарной свеклы (Beta vulgaris L.) различных генотипов / О.Л. Кляченко, А.Ф. Лиханов, В.П. Грахов // Физиология растений и генетика. — 2015. — Т. 47, № 5. — С. 420-429. — Бібліогр.: 20 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-159545
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1595452019-10-07T01:25:58Z Барьерные функции перикарпиев сахарной свеклы (Beta vulgaris L.) различных генотипов Кляченко, О.Л. Лиханов, А.Ф. Грахов, В.П. Исследованы барьерные функции перикарпиев сахарной свеклы. Установлено, что в перикарпиях ее различных гибридов содержится значительное количество фенольных соединений, которые представлены оксикоричными кислотами, флавоноидами и кумаринами. Тритерпеновые сапонины, содержащиеся в плодах сахарной свеклы, усиливают действие фенольных веществ, создавая комплексную систему защиты ее проростков от негативного воздействия биотических факторов. Разработана модель функционирования системы биохимической регуляции прорастания семян и формирования вокруг перикарпиев фитоактивных сфер, выполняющих функцию системной защиты проростков от потенциальных конкурентов и патогенов. Досліджено бар’єрні функції перикарпіїв цукрового буряка. Встановлено, що в перикарпіях його різних гібридів міститься значна кількість фенольних сполук, представлених оксикоричними кислотами, флавоноїдами і кумаринами. Тритерпенові сапоніни, що містяться в плодах цукрового буряка, підсилюють дію фенольних речовин і створюють комплексну систему захисту його проростків від негативного впливу біотичних чинників. Розроблено модель функціонування системи біохімічної регуляції проростання насіння і формування навколо перикарпіїв фітоактивних сфер, що виконують функцію системного захисту проростків від потенційних конкурентів і патогенів. The pericarp of different sugar beet hybrids contain a substantial amount of phenolic compounds which are represented by hydroxycinnamic acids, flavonoids and coumarins. Triterpenoid saponins which contained in fruits of sugar beet enhance the action of phenolic substances, creating a comprehensive system of beet sprouts protection from the negative impact of biotic factors. It have been developed the model of the functioning of the biochemical regulation of seed germination and the formation around the pericarp phytoactive areas, which performing the function of the system protection of seedlings from potential competitors and pathogens. 2015 Article Барьерные функции перикарпиев сахарной свеклы (Beta vulgaris L.) различных генотипов / О.Л. Кляченко, А.Ф. Лиханов, В.П. Грахов // Физиология растений и генетика. — 2015. — Т. 47, № 5. — С. 420-429. — Бібліогр.: 20 назв. — рос. 2308-7099 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/159545 602.6:633.63 ru Физиология растений и генетика Iнститут фізіології рослин і генетики НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
description	Исследованы барьерные функции перикарпиев сахарной свеклы. Установлено, что в перикарпиях ее различных гибридов содержится значительное количество фенольных соединений, которые представлены оксикоричными кислотами, флавоноидами и кумаринами. Тритерпеновые сапонины, содержащиеся в плодах сахарной свеклы, усиливают действие фенольных веществ, создавая комплексную систему защиты ее проростков от негативного воздействия биотических факторов. Разработана модель функционирования системы биохимической регуляции прорастания семян и формирования вокруг перикарпиев фитоактивных сфер, выполняющих функцию системной защиты проростков от потенциальных конкурентов и патогенов.
format	Article
author	Кляченко, О.Л. Лиханов, А.Ф. Грахов, В.П.
spellingShingle	Кляченко, О.Л. Лиханов, А.Ф. Грахов, В.П. Барьерные функции перикарпиев сахарной свеклы (Beta vulgaris L.) различных генотипов Физиология растений и генетика
author_facet	Кляченко, О.Л. Лиханов, А.Ф. Грахов, В.П.
author_sort	Кляченко, О.Л.
title	Барьерные функции перикарпиев сахарной свеклы (Beta vulgaris L.) различных генотипов
title_short	Барьерные функции перикарпиев сахарной свеклы (Beta vulgaris L.) различных генотипов
title_full	Барьерные функции перикарпиев сахарной свеклы (Beta vulgaris L.) различных генотипов
title_fullStr	Барьерные функции перикарпиев сахарной свеклы (Beta vulgaris L.) различных генотипов
title_full_unstemmed	Барьерные функции перикарпиев сахарной свеклы (Beta vulgaris L.) различных генотипов
title_sort	барьерные функции перикарпиев сахарной свеклы (beta vulgaris l.) различных генотипов
publisher	Iнститут фізіології рослин і генетики НАН України
publishDate	2015
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/159545
citation_txt	Барьерные функции перикарпиев сахарной свеклы (Beta vulgaris L.) различных генотипов / О.Л. Кляченко, А.Ф. Лиханов, В.П. Грахов // Физиология растений и генетика. — 2015. — Т. 47, № 5. — С. 420-429. — Бібліогр.: 20 назв. — рос.
series	Физиология растений и генетика
work_keys_str_mv	AT klâčenkool barʹernyefunkciiperikarpievsaharnojsveklybetavulgarislrazličnyhgenotipov AT lihanovaf barʹernyefunkciiperikarpievsaharnojsveklybetavulgarislrazličnyhgenotipov AT grahovvp barʹernyefunkciiperikarpievsaharnojsveklybetavulgarislrazličnyhgenotipov
first_indexed	2025-07-14T12:04:59Z
last_indexed	2025-07-14T12:04:59Z
_version_	1837623882343776256
fulltext	ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ И ГЕНЕТИКА. 2015. Т. 47. № 5 УДК 602.6:633.63 БАРЬЕРНЫЕ ФУНКЦИИ ПЕРИКАРПИЕВ САХАРНОЙ СВЕКЛЫ (BETA VULGARIS L.) РАЗЛИЧНЫХ ГЕНОТИПОВ О.Л. КЛЯЧЕНКО1, А.Ф. ЛИХАНОВ1, В.П. ГРАХОВ2 1Национальный университет биоресурсов и природопользования Украины 03041 Киев, ул. Героев Обороны, 13 e-mail: Klyachenko@ukr.net 2Национальный ботанический сад им. Н.Н. Гришко Национальной академии наук Украины 01014 Киев, ул. Тимирязевская, 1 Исследованы барьерные функции перикарпиев сахарной свеклы. Установлено, что в перикарпиях ее различных гибридов содержится значительное количество фенольных соединений, которые представлены оксикоричными кислотами, фла- воноидами и кумаринами. Тритерпеновые сапонины, содержащиеся в плодах са- харной свеклы, усиливают действие фенольных веществ, создавая комплексную систему защиты ее проростков от негативного воздействия биотических факто- ров. Разработана модель функционирования системы биохимической регуляции прорастания семян и формирования вокруг перикарпиев фитоактивных сфер, выполняющих функцию системной защиты проростков от потенциальных кон- курентов и патогенов. Ключевые слова: сахарная свекла, перикарпий, фенольные соединения, биологи- ческая активность, ингибиторы, покой. Сохранение жизнеспособности семян высших цветковых растений обес- печивается защитными механизмами [10, 15], важнейшие из которых ос- нованы на особенностях строения специализированных покровных и механических тканей семян, плодов и соплодий [9, 13]. Одним из уни- версальных механизмов, активизирующих у растений защитные реакции к различным грибным, бактериальным, вирусным инфекциям и насеко- мым, а также контролирующих состояние покоя семян, являются тол- стостенные клетки эндокарпия, танниновые и кристаллоносные клетки [11]. Электронно-микроскопическими исследованиями обнаружена тес- ная взаимосвязь кристаллоносных клеток и склереид в процессе гисто- генеза [6], сопряженная с лигнификацией клеточных стенок [3]. В регуляции прорастания семян, роста и развития проростков важ- ную роль играют биологически активные вещества, в частности гормо- ны (абсцизовая кислота (АБК), этилен) [10, 17], полифенолы (оксико- ричные кислоты, флавоноиды, таннины, флаволигнаны) [1, 14], кумарины [10] и сапонины [2]. Показано, что высокоактивные соедине- ния, способные существенно влиять на интенсивность прорастания се- мян сахарной свеклы (Beta vulgaris L.), находятся преимущественно в околоплодниках [14] и, особенно, в тканях мезокарпиев [18]. Перикар- пии плодов сахарной свеклы образуются из стенок завязи, которые в © О.Л. КЛЯЧЕНКО, А.Ф. ЛИХАНОВ, В.П. ГРАХОВ, 2015 420 процессе формирования зародыша дифференцируются с образованием различных тканевых структур — экзо-, мезо- и эндокарпия [9], функции которых обусловлены особенностями анатомического строения, химиче- ской природой и распределением метаболитов. Большинство ингибиторов прорастания семян являются полярны- ми соединениями, к которым относятся АБК [15], щавелевая кислота [17], оксалаты, нитрат натрия [19], фенолкарбоновые кислоты [20]. В плодах сахарной свеклы обнаружены оксикоричные и оксибензойные кислоты, сиреневый и протокатеховый альдегиды [14], цис-4-циклогек- сан-1,2-дикарбоксимид [12], 1-амино-1-циклопропанкарбоновая кисло- та — ключевой водорастворимый агент поддержания семян в состоянии покоя [15]. По мнению некоторых авторов, наиболее активными инги- биторами являются содержащиеся в перикарпиях плодов АБК и кумари- ны [8]. Установлено, что полярные химические соединения из перикар- пиев сахарной свеклы способны замедлять прорастание семян многих видов растений [19]. К среднеполярным ингибиторам свеклы относятся флавоноиды, бисалкалоиды и изоиндольные соединения. Несмотря на то что основные потенциальные ингибиторы прорас- тания семян сахарной свеклы хорошо известны [11, 20], сведения отно- сительно механизмов регуляции их прорастания в литературе недоста- точны и крайне противоречивы. В настоящей работе изложены результаты исследований регуляторной роли околоплодников в прорас- тании семян и формировании биохимических барьеров перикарпиев плодов сахарной свеклы различных генотипов. Методика Исследовали 2 сорта сахарной свеклы — Белоцерковская односемянная 45 (БЦО 45), Ялтушковская односемянная 64 (ЯлО 64) и 8 ди- и триплоид- ных гибридов на стерильной основе отечественной и зарубежной селек- ции: Украинский МС 70 (УкМС 70), Украинский МС 72 (УкМС 72), Бе- лоцерковский МС 57 (БЦМС 57), Ивановский МС 33 (ИвМС 33), Ялтушковский МС 72 (ЯлМС 72), Уладово-Верхнячский МС 37 (УВМС 37), Уладово-Верхнячский МС 84 (УВМС 84), Александрия. Полярные соединения экстрагировали из перикарпиев бидистил- лированной водой при 4 °С в течение 24 ч (в соотношении 1 : 10), их биологическую активность оценивали на тест-объектах с помощью чис- тых культур Chlorella vulgaris 106 и Erwinia aroideae, которые высевали на твердые агаризованные питательные среды. Водные экстракты плодов свеклы исследуемых генотипов вносили в количестве 30 мкл в заранее подготовленные лунки диаметром 6 мм, затем тест-культуры выращива- ли в термостате при температуре 25 °С. Биологическую активность экс- трагированных веществ оценивали по зоне подавления развития тест- культуры на 5-, 7- и 12-е сутки. Аллелопатический потенциал (фитотоксичность) водных вытяжек определяли по силе влияния биоло- гически активных соединений на динамику роста корней проростков ре- диса (сорт Красный с белым кончиком) [4]. Профилирование вторичных метаболитов выполняли с помощью высокоэффективной обращенно-фазовой жидкостной хроматографии с диодно-матричным детектированием (DAD-RP-HPLC), оборудование — хроматографическая система Agilent 1100. Использовали двухэлюентную схему (элюент А — 0,05 М водный раствор Н3РО4; В — ацетонитрил), ко- 421 БАРЬЕРНЫЕ ФУНКЦИИ ПЕРИКАРПИЕВ ISSN 2308-7099. Физиология растений и генетика. 2015. Т. 47. № 5 лонка Agilent Poroshell R 120, 2,7 мкм, 2,1  150 мм, термостатирование 20 °С, объем пробы 5 мкл, скорость потока элюента 0,2 мл/мин, продол- жительность анализа до 80 мин, профиль элюирования — широкополос- ный линейный градиент от 0 % В в А до 100 % В за 30 мин, далее изо- крата В с ускорением потока до 0,6 мл/мин и повышением температуры до 40 °С. Длины волн детектирования 206, 254, 300, 350 и 450 нм выби- рали для определения большинства органических соединений (включая терпеноиды хотя бы с одной двойной связью) фенилпропаноидов, сое- динений с ароматической структурой, флавоноидов, каротиноидов и хлорофиллов. Для определения природы вторичных метаболитов вместе с хроматограммой в диапазоне 200—800 нм записывали спектры погло- щения пиков. Воспроизводимость анализа с помощью ВЭЖХ проверя- ли с использованием смеси девяти алкилфенонов (Sigma-Aldrich) — от ацетофенона до миристофенона. Погрешность ввода пробы не превыша- ла 2 %, длительность удерживания в большинстве случаев не отклоня- лась более чем на 5 %. Обработку и визуализацию хроматографических данных (включая спектры поглощения) производили с помощью про- граммного обеспечения Agilent Chem Station и Corel Draw X3. Химический состав метаболитов плодов сахарной свеклы опре- деляли методом ТСХ на слое силикагеля (Sorbfil F254) в системе двух типов растворителей: 1) хлороформ : уксусная кислота : метанол : вода (60 : 32: 12 : 8); 2) этилацетат : уксусная кислота : муравьиная кислота : во- да (100 : 11 : 11 : 26) [8]. Для выяснения химической природы веществ хроматограммы обрабатывали проявляющими реагентами [8]. Показате- ли Rf устанавливали фотоденситометрически с использованием компью- терной программы Sorbfil TLC. Наличие кумаринов в метанольных экс- трактах выявляли лактонной пробой и качественной реакцией на диазотированную сульфаниловую кислоту [8]. Общее содержание фенольных соединений в плодах определяли спектрофотометрическим методом (СФ Optizen Pop, Южная Корея) с помощью реактива Фолина—Чекольтеу [21], сухих растворенных ве- ществ (Brix %) в водных экстрактах плодов — с использованием цифро- вого рефрактометра Reichert (USA). Калибровочный график строили по галловой кислоте. В качестве стандарта служил кверцетин (Merk, Germany). Цитологический анализ перикарпиев и состояния тест-культур выполняли на микроскопе Nikon Eclipse E-200. Автофлуоресценцию клеток и тканей перикарпиев иссле- довали на микроскопе AxioScope A-1 Carl Zeiss. Фотодокументацию ма- териалов осуществляли с использованием Camera Control Pro-2 Nikon. Морфометрические показатели длин корней проростков редиса и ре- зультаты биотестов анализировали в специализированных программах Image Pro-Premier 9.1 и AxioVision 4.7 Carl Zeiss. Полученные данные об- работаны статистически с помощью программы Statistica 6.0. Результаты и обсуждение Известные вторичные метаболиты сахарной свеклы представлены глав- ным образом изофлавонами, флаванонами, дигидрофлавонолами и их гликозидами (бетавульгарин, бетагарин, иризон В), проявляющими свойства фитоалексинов (антифунгальная и антимикобактериальная ак- тивность); беталаиновыми алкалоидами (беталамовая кислота как пред- шественник беталаинов, ксантинов), проявляющими свойства красите- 422 О.Л. КЛЯЧЕНКО, А.Ф. ЛИХАНОВ, В.П. ГРАХОВ ISSN 2308-7099. Физиология растений и генетика. 2015. Т. 47. № 5 лей и антиоксидантов; простыми индолами и бис-индольными алкалои- дами, изоиндолами (ингибитор прорастания Beta sp.); ди- и тритерпено- идами (сапонинами), например гликозидами олеиновой кислоты, каро- филлина, гедерагенина, и бис-десмозидами (с антибактериальными, ихтиотоксическими противоязвенными свойствами) [16]. Мы обнаружи- ли в перикарпиях сахарной свеклы также конденсированные таннины (проантоцианидины), флавоны, флавонолы и гликозиды последних (рис. 1, 2). Спектры водных экстрактов плодов имели максимумы поглощения (max) в диапазоне 220—320 нм, характерном для оксикоричных кислот и кумаринов, что подтверждено методами качественного и количественно- го анализа фенольных веществ, а также флавоноидов, по содержанию которых выявлены значительные генотипические различия (таблица). 423 БАРЬЕРНЫЕ ФУНКЦИИ ПЕРИКАРПИЕВ ISSN 2308-7099. Физиология растений и генетика. 2015. Т. 47. № 5 Рис. 1. Профиль высокоэффективной жидкостной хроматографии метанольного экстракта околоплодников гибрида сахарной свеклы Ивановский МС 33: 0 — общий пул водорастворимых соединений, кислот и др.; В — беталамовая кислота; Р — конденсиро- ванные таннины (проантоцианидины); F1 — изофлавоны, флавононы, дигидрофлавонолы и их гликози- ды (иризон В, бетавульгарин, бетагарин); F2 — флавоны, флавонолы и их гликозиды; I1 — простые ин- долы и бисиндольные алкалоиды; I2 — изоиндолы (ингибиторы прорастания); Т — ди- и тритерпеноиды (сапонины — гликозиды карофиллина, гедерагенина и бисдесмозиды); S — стерины и их эфиры Рис. 2. Спектральные характеристики ряда полярных (а) и среднеполярных (б) вторичных метаболитов, выделенных из перикарпиев гибрида сахарной свеклы Ивановский МС 33: Р — проантоцианидины; F1 — изофлавоны, флаваноны, дигидрофлавонолы и их гликозиды; F2 — фла- воны, флавонолы и их гликозиды; I1 — простые индолы; I2 — изоиндолы (ингибиторы прорастания) Спектральные характеристики среднеполярных соединений, выде- ленных из метанольных экстрактов околоплодников свеклы, представле- ны на рис. 2. По общему содержанию в перикарпиях сухих растворимых веществ отмечалась существенная вариация, что объясняется наличием в составе околоплодников различных солей и органических кислот. Установлено, что локализация вторичных метаболитов в перикарпи- ях изученных гибридов сахарной свеклы обусловлена функциональными особенностями тканей и клеток. Наружные слои экзокарпия состоят из одревесневших клеток с утолщенными оболочками, внутриклеточное пространство которых заполнено полифенольными соединениями. Клетки мезокарпия — живые, палисадные, с тонкими слаболигнифици- рованными вторичными клеточными стенками, содержащими на стадии дозревания плодов пластиды. В них также обнаруживаются многочис- ленные включения, кристаллы и друзы оксалата кальция. В отдельных клетках встречаются немногочисленные гифы клеточ- ного мицелия эндофитных грибов, которые из клетки в клетку переме- щаются через пары простых неразветвленных пор. Признаки протеоли- тического разрушения тканей мезо- и эндокарпия при этом не наблюдаются. В клетках эндокарпия, представленных склереидами с многочислен- ными поровыми отверстиями, также выявлены кристаллы оксалата кальция и везикулы, заполненные полифенольными соединениями. От периферии к центру размеры склереид уменьшаются, а клеточные обо- лочки становятся более пигментированными, утолщенными, с четко вы- раженной слоистостью. Формирование вторичных клеточных стенок происходит при учас- тии феруловой и n-кумаровой кислот, образующих поперечные сшивки между целлюлозными фибриллами. Оксикоричные кислоты наряду со связанной формой находятся также в свободном состоянии и легко пе- 424 О.Л. КЛЯЧЕНКО, А.Ф. ЛИХАНОВ, В.П. ГРАХОВ ISSN 2308-7099. Физиология растений и генетика. 2015. Т. 47. № 5 Общее содержание сухих растворимых и фенольных веществ в околоплодниках семян сахарной свеклы различных генотипов Фенольные вещества, мг/г Сорт, гибрид Сухие раство- римые вещест- ва, Brix % водная при +4 оС метанольная при +20 оС Флавоноиды, мг/г Белоцерковская односемянная 45 0,2±0,02 22,8±0,6 29,3±0,7 4,9±0,3 Ялтушковская односемянная 64 0,3±0,02 21,2±0,5 37,5±0,7 11,5±0,7 Украинский МС 70 1,3±0,02 24,0±0,7 31,6±0,8 5,9±0,4 Ивановский МС 33 0,6±0,03 32,0±0,8 39,6±0,9 3,2±0,3 Ялтушковский МС 72 0,3±0,01 23,3±0,4 28,0±0,8 5,6±0,5 Украинский МС 72 2,6±0,02 22,5±0,6 38,4±1,2 5,9±0,4 Белоцерковский МС 57 0,4±0,02 21,8±0,5 39,7±1,0 9,7±0,5 Уладово-Верхнячский МС 37 5,3±0,10 29,3±0,7 31,0±0,8 14,9±0,6 Александрия 9,5±0,12 22,9±0,4 37,5±1,1 12,5±0,8 Уладово-Верхнячский МС 84 4,5±0,11 21,4±0,7 38,3±1,4 8,4±0,5 реходят в подвижную фазу при поглощении воды покровными тканями. Аккумулируясь в тканях перикарпия, частично в везикулах, клеточных стенках и в межклетниках, фенольные вещества, сапонины и оксалаты образуют биологически активную среду, состояние которой зависит от содержания в тканях плодов свободной воды. Результаты исследований показали, что после водной экстракции из плодов растворимых соединений наиболее высокая всхожесть семян ис- следуемых генотипов сахарной свеклы отмечалась у гибридов УВМС 37 и ИвМС 33, в перикарпиях которых содержится их наименьшее остаточ- ное количество. Вместе с тем водные экстракты плодов именно этих ги- бридов оказывали наибольшее тормозящее действие на рост корней тест-культуры редиса (рис. 3). По специфике действия обнаруженных биологически активных соединений плодов на ростовые процессы кор- ней редиса исследованные сорта и гибриды сахарной свеклы можно объ- единить в две группы. Первая характеризуется общим угнетением роста корней. К ней относятся сорта БЦО 45, ЯлО 64 и гибриды УкМС 70, ЯлМС 72, Александрия. Вторая оказывает на тест-культуру ингибирую- щее действие с переменной активностью (см. рис. 3). Она включает ИвМС 33, УкМС 72, БЦ МС 57, УВМС 37, УВМС 84. Высокий отрицательный коэффициент корреляции между концент- рацией водных экстрактов плодов и длиной корней редиса отмечался че- рез 72 ч после выживания семян (r = –0,98). Между общим содержани- ем водорастворимых фенольных соединений в перикарпиях плодов и длиной корней редиса коэффициент корреляции равнялся —0,72. При этом достоверной связи между общим содержанием сухих растворимых веществ, включая оксалаты, и фитотоксичностью экстрактов (r = —0,10) нами не обнаружено. Показано, что из 10 исследованных генотипов сахарной свеклы в околоплодниках только пяти гибридов (МС 33, ЯлМС 72, УкМС 72, БЦМС 57, УВМС 37) и сорте ЯлО 64 содержатся комплексы выражен- ных биологически активных соединений (см. рис. 3). Их водные раство- ры при разбавлении в 100 раз сохраняли способность обильно вспени- ваться как в кислой, так и в щелочной среде, что характерно для тритерпеновых сапонинов, агликоном которых у сахарной свеклы явля- ется в основном олеаноловая кислота [7]. Выраженное фитотоксическое и антибиотическое действие метабо- литов из перикарпиев этих генотипов обнаруживалось на чистых тест- культурах Chlorella vulgaris 106 и Erwinia aroideae. Согласно результатам тестирования, введение 30 мкл водных экстрактов в твердую питатель- ную среду вследствие свободной диффузии метаболитов способно сдер- живать ее освоение одноклеточными зелеными водорослями в течение 4—5 недель, а бактериями — до 3 недель. Микроскопическим анализом культуры Chlorella vulgaris 106 установлено, что клетки зеленых водорос- лей в зонах непосредственного контакта с эндометаболитами перикар- пиев плодов сахарной свеклы медленно делились, образуя небольшие, равномерно рассредоточенные агрегаты, в состав которых входили поли- морфные клетки. Особого внимания заслуживает уникальная способность водных экстрактов околоплодников гибридов ИвМС 33, БЦМС 57, УВМС 37 за- метно угнетать в питательной среде бактерии Erwinia aroideae, являющи- еся возбудителем вредоносного заболевания корневой гнили сахарной свеклы [5]. Установленное комплексное проявление биологической ак- 425 БАРЬЕРНЫЕ ФУНКЦИИ ПЕРИКАРПИЕВ ISSN 2308-7099. Физиология растений и генетика. 2015. Т. 47. № 5 тивности водных экстрактов перикарпиев плодов по отношению к дву- дольным растениям, водорослям и корневой гнили позволяет использо- вать этот тест в селекции сахарной свеклы как маркер потенциальной устойчивости генотипов к грибным и бактериальным инфекциям на ста- дии прорастания семян. Проанализировав зависимости общего содержания фенольных ве- ществ и радиуса зоны угнетения деления клеток водорослей, отметим некоторые закономерности, основанные на соотношении количества биологически активных соединений в перикарпиях плодов сахарной свеклы, их влияния на живые организмы и скорости диффузии в среду. С учетом того, что масса плодов сахарной свеклы составляет в среднем 11—25 мг, в которых содержится до 900 мкг фенольных соединений, вы- 426 О.Л. КЛЯЧЕНКО, А.Ф. ЛИХАНОВ, В.П. ГРАХОВ ISSN 2308-7099. Физиология растений и генетика. 2015. Т. 47. № 5 Рис. 3. Тормозящее действие водных экстрактов перикарпиев различных генотипов сахар- ной свеклы на рост корней проростков редиса (сорт Красный с белым кончиком): а—д — экстракты при разбавлении 1 : 160; е — ингибирование роста корней при различных концент- рациях экстракта на примере гибрида Уладово-Верхнячский МС 37 раженное фитотоксичное и антибиотическое действие проявляется уже при концентрации этих веществ 100—150 мкг, можно определить объем потенциальной фитоактивной сферы. Радиус диффузии и фитотоксиче- ского действия биологически активных соединений сахарной свеклы яв- ляется функцией их концентрации в плодах: R = f(C). Его можно рас- считать для каждого отдельного генотипа по показателям их общего содержания в перикарпиях. Объем фитоактивной сферы (Vф), создавае- мой плодами исследованных гибридов, легко вычислить по предложен- ной нами эмпирической формуле Vф = 7,4455 · С · m — 1,905, где С — концентрация фенольных соединений в плодах; m — масса пло- да; 7,4455 и 1,905 — эмпирические показатели, определяющие зависи- мость зоны активного действия веществ от их концентрации. Общее содержание водорастворимых фенолов (оксикоричных кис- лот, таннинов, кумаринов и флавоноидов), тритерпеновых сапонинов и других биологически активных соединений в перикарпиях является важ- нейшим адаптивным показателем выживаемости семян и проростков са- харной свеклы. Фенольный комплекс и другие активные метаболиты, содержащиеся в тканях перикарпиев плодов свеклы, в определенных ус- ловиях способны выполнять функцию биохимического пускателя (триг- гера), который при высоких концентрациях поддерживает состояние по- коя семян, а при низких — стимулирует их прорастание. На основании полученных результатов нами разработана модель образования эндо- и экзогенных биохимических барьеров в перикарпиях плодов сахарной свеклы (рис. 4). При поступлении в ткани околоплодника воды концентрация рас- творенных компонентов быстро нарастает, что приводит к повышению осмотического потенциала внутри клеток мезо- и эндокарпия. В случае недостаточного содержания воды в почве создается только эндогенный биохимически-осмотический барьер (Бэн), препятствующий транспорту воды и кислорода в ткани зародыша и инициации его прорастания. Од- новременно с этим растворенные фенольные и другие активные соеди- 427 БАРЬЕРНЫЕ ФУНКЦИИ ПЕРИКАРПИЕВ ISSN 2308-7099. Физиология растений и генетика. 2015. Т. 47. № 5 Рис. 4. Модель образования эндогенных и экзогенных биохимических барьеров, препятст- вующих развитию патогенов внутри и вокруг плода сахарной свеклы в результате диффу- зии эндометаболитов: С — концентрация в тканях растворенных эндометаболитов; V(H2O) — объем воды в тканях плода; Е — энергия активации прорастания семян; Бэн — эндогенный (тканевый) барьер; Бэк — экзогенный (фитогенный) барьер нения тормозят рост мицелия эндофитных грибов, заселивших клетки перикарпия еще в период созревания и хранения плодов. При оптималь- ном содержании воды ускоряется отток водорастворимых органических соединений и солей в пространство вокруг плода (фитогенную сферу), где биологически активные соединения создают экзогенный биохимиче- ский барьер (Бэн), контролирующий размножение патогенных микроор- ганизмов. При этом снижение концентрации фенольных соединений внутри тканей плода, напротив, стимулирует ростовые процессы, что благоприятно сказывается на жизнеспособности развивающихся проро- стков. В условиях недостаточного водоснабжения у плодов сахарной свеклы формируется только эндогенный тканевый биохимический барь- ер, а при оптимальном обеспечении семян водой изначально образуется эндогенный, а затем экзогенный (фитогенный) барьер. Таким образом, в результате проведенных исследований установле- но, что у большинства изученных генотипов сахарной свеклы в перикар- пиях плодов содержатся комплексы соединений с выраженным биологи- чески активным действием, большую часть которых составляют соли карбоновых кислот и фенольные соединения: конденсированные дубиль- ные вещества (проантоцианидины), изофлавоны, дигидрофлавонолы, флавоны, флавонолы и их гликозиды, а также простые индолы, изоиндо- лы (ингибиторы прорастания), бис-индольные алкалоиды, ди- и тритерпе- ноиды (гликозиды карофиллина, гедерагенина и бис-десмозиды). Аккумулируясь в тканях мезо- и эндокарпиев плодов, биологичес- ки активные соединения формируют эндогенные (тканевые) и экзоген- ные (фитогенные сферы) биохимические барьеры, экологическое значе- ние которых заключается в активной регуляции процессов пробуждения семян и подавлении фитопатогенных микроорганизмов на стадии фор- мирования проростков сахарной свеклы. 1. Блажей А., Шутый Л. Фенольные соединения растительного происхождения. — М.: Мир, 1977. — 239 с. 2. Васильева И.С., Пасешниченко В.А. Стероидные гликозиды растений и культуры клеток диоскореи, их метаболизм и биологическая активность // Успехи биол. химии. — 2000. — 40. — С. 153—204. 3. Горшкова Т.А. Растительная клеточная стенка как динамическая система. — М.: Наука, 2007. — 429 с. 4. Гродзинський А.М. Основи хімічної взаємодії рослин. — К.: Наук. думка, 1973. — 207 с. 5. Кляченко О.Л., Коломієць Ю.В. Цукрові буряки. Біологія. Фізіологія. Біотехнологія. — К.: НУБіП України, 2013. — 350 с. 6. Кравцева Т.И. Сравнительная карпология семейства Urticaceae Juss. — М.: Т-во науч. изд. КМК, 2009. — 400 с. 7. Мироненко Н.В., Брежнева Т.А., Селеменев В.Ф. УФ-спектрофотометрическое определе- ние тритерпеновых сапонинов производных олеаноловой кислоты // Химия раститель- ного сырья. — 2011. — № 3. — С. 153—157. 8. Практикум по фармакогнозии: Учеб. пособие/В.Н. Ковалев, Н.В. Попова, В.С. Кисли- ченко и др.; под ред. В.Н. Ковалева. — Харьков: Изд-во НфаУ; Золотые страницы, 2003. — 512 с. 9. Сравнительная анатомия семян. Т. 3. Двудольные. Caryophyllidae —Dileniidae. — Л.: На- ука, 1991. — С. 77—78. 10. Adkins S.W., Bellairs S.M., Loch D.S. Seed dormancy mechanisms in warm season grass species // Euphytica. — 2002. — 126. — P. 13—20. 11. Barnabas A.D., Arnott H.I. Calcium oxalate crystal formation in the bean (Phaseolus vulgaris L.) seed coat // Bot. Gaz. — 1990. — 151, N 3. — P. 331—341. 12. Bewley D., Oaks N. Inhibitor cis-4-cyclohexene-1,2-dicarboximide: Inhibitor of phytochrome- promoted seed germination // J. Bot. — 1980. — 77, N 6. — P. 3408—3411. 13. Bewley J., Bradford K., Hilhost H., Nonogaki H. Seed: Physiology of development, germina- tion and dormancy, 3rd ed. — N.Y.—London: Springer, 2013. — P. 258—269. 428 О.Л. КЛЯЧЕНКО, А.Ф. ЛИХАНОВ, В.П. ГРАХОВ ISSN 2308-7099. Физиология растений и генетика. 2015. Т. 47. № 5 14. Chiji H., Tanaka S., Izawa M. Phenolic germination inhibitors in the seed balls of red beet (Beta vulgaris L. var. rubra) // Agr. Biol. Chem. — 1980. — 44 (1). — P. 205—207. 15. Coumans M., Come D., Gaspar T. Stabilized dormancy in sugarbeet fruits. I. Seed coats as a physicochemical barrier to oxygen // Bot. Gaz. — 1976. — 137, N 3. — P. 274—278. 16. Dictionary of Natural Products, ver. 22.2. — 2014. — Taylor & Francis Group. — URL: http: // dnp.chemnetbase.com (2014). 17. Hermann K., Meinhard J., Doblev P. et al. 1-Aminocyclopropane-1-carboxylic acid and abscisic acid during the germination of sugar beet (Beta vulgaris L.): a comparative study of fruits and seeds // J. Exp. Bot. — 2007. — 58, N 11. — P. 1—14. 18. Juntilla O. Germination inhibitors in fruit extracts of red beet (Beta vulgaris cv. rubra) // J. Exp. Bot. — 1976. — 27. — P. 827—836. 19. Morris P.C., Grierson D., Whittington J. Endogenous inhibitors and germination of Beta vul- garis // Ibid. — 1984. — 35, N 156. — P. 994—1002. 20. Singleton V.L., Rossi J.A. Colorimetry of total phenolics with phosphomolybdicphoungstic acid reagent // Amer. J. Enol. Vitic. — 1965. — 16. — P. 144—158. Получено 08.07.2015 БАР’ЄРНІ ФУНКЦІЇ ПЕРИКАРПІЇВ ЦУКРОВОГО БУРЯКА (BETA VULGARIS L.) РІЗНИХ ГЕНОТИПІВ О.Л. Кляченко1, А.Ф. Ліханов1, В.П. Грахов2 1Національний університет біоресурсів і природокористування України, Київ 2Національний ботанічний сад ім. М.М. Гришка Національної академії наук України, Київ Досліджено бар’єрні функції перикарпіїв цукрового буряка. Встановлено, що в пери- карпіях його різних гібридів міститься значна кількість фенольних сполук, представлених оксикоричними кислотами, флавоноїдами і кумаринами. Тритерпенові сапоніни, що містяться в плодах цукрового буряка, підсилюють дію фенольних речовин і створюють комплексну систему захисту його проростків від негативного впливу біотичних чинників. Розроблено модель функціонування системи біохімічної регуляції проростання насіння і формування навколо перикарпіїв фітоактивних сфер, що виконують функцію системного захисту проростків від потенційних конкурентів і патогенів. THE BARRIER FUNCTION OF THE PERICARP OF DIFFERENT SUGAR BEET (BETA VULGARIS L.) GENOTYPES O.L. Klyachenko1, A.F. Likhanov1, V.P. Grakhov2 1National University of Life and Environmental Sciences of Ukraine 15 Heroyiv Oborony St., Kyiv, 03041, Ukraine 2M.M. Gryshko National Botanic Garden 1 Timiryazevska St., Kyiv, 01014, Urkaine The pericarp of different sugar beet hybrids contain a substantial amount of phenolic compounds which are represented by hydroxycinnamic acids, flavonoids and coumarins. Triterpenoid saponins which contained in fruits of sugar beet enhance the action of phenolic substances, creating a com- prehensive system of beet sprouts protection from the negative impact of biotic factors. It have been developed the model of the functioning of the biochemical regulation of seed germination and the formation around the pericarp phytoactive areas, which performing the function of the system protection of seedlings from potential competitors and pathogens. Key words: sugar beet, pericarp, phenolic compounds, biological activity, inhibitors, dormancy. 429 БАРЬЕРНЫЕ ФУНКЦИИ ПЕРИКАРПИЕВ ISSN 2308-7099. Физиология растений и генетика. 2015. Т. 47. № 5

Барьерные функции перикарпиев сахарной свеклы (Beta vulgaris L.) различных генотипов

Репозитарії

Схожі ресурси