Биосинтез антоцианов в зеленых и альбиносных листьях ячменя обыкновенного

Объекты и методы исследования

В качестве объекта исследования использовали 6 – 20‑дневные зеленые проростки ячменя обыкновенного (Hordeum vulgare L.) сорта Роланд, а также альбиносные проростки, полученные из семян предварительно обработанных 0,25%-ным раствором стрептомицина, первые листья которых в нижней части (2/3 листа) не синтезировали зеленых пигментов [7]. Растения выращивались при постоянном освещении светом люминесцентных ламп ЛБУ-30 в установке ТКШ-1 Флора, при интенсивности света 5 Дж/м2×с, при 18 – 22 °С.

Для анализа пигментов у альбиносных проростков использовали непигментированную часть, а у зеленых – соответствующий ей нижний участок листа. Срезанные участки листьев основаниями помещались в воду или в 1%-ный раствор глюкозы (альбиносы) и освещались полихроматическим светом различной интенсивности (5 – 25 Дж/м2×с) в течение 48 часов, контрольные – находились в темноте.

Перед опытом растения выдерживались в темноте в течение 24 часов. По истечении времени освещения исследуемых листьев растений определялся уровень антоцианов [8], хлорофилла и каротиноидов спектрофотометрическим методом [9].

Полученные данные обработаны статистически. На рисунках представлены средние арифметические значения из 3 – 6 независимых экспериментов, каждый из которых проведен в трехкратной биологической повторности, их средние квадратичные отклонения, а также кривые аппроксимаций графиков прямых функциональных зависимостей данных величин, их уравнения и величины достоверности аппроксимаций (R^2).

Результаты и обсуждение

Данные, полученные в экспериментах с использованием альбиносных и зеленых растений, показывают, что ингибирование биосинтеза основных фотосинтетических пигментов не затрагивает биосинтез антоцианов в первые дни культивирования (6 – 10 дней). Показано одновременное снижение содержания антоцианов как в альбиносных, так и в зеленых проростках ячменя обыкновенного. В дальнейшем, начиная с 10 – 12-го дня, разница в содержании антоцианов у различно пигментированных растений становилась более заметной и статистически достоверной, достигая максимума к 20-му дню.

Обнаружено более резкое снижение содержания антоцианинов в альбиносных проростках по сравнению с зелеными аналогами: содержание данных пигментов в зеленых листьях ячменя обыкновенного превосходило в 2,9 раза аналогичный уровень в альбиносах (рис. 1).

Рис. 1. Биосинтез антоциановых пигментов

в зеленых и альбиносных проростках ячменя обыкновенного,

выращенных при интенсивности света 5 Дж/м2×с

Проведённые эксперименты по изучению влияния полихроматического света на образование антоциановых пигментов в альбиносных и зеленых участках ячменя показали зависимость образования этих пигментов от величины интенсивности светового потока. Динамика накопления антоцианов в листьях исследуемых растений на свету различной интенсивности представлена на рисунках 2 и 3. Показано, что стимуляция накопления антоцианов нарастает с повышением интенсивности света и превосходит исходный уровень при максимально использованной интенсивности света в 25 Дж/м2×с в зеленых листьях – в 2,8 и в альбиносах – 2,3 раза (рис. 2).

Рис. 2. Влияние условий освещения

на биосинтез антоцианинов в 20-дневных зеленых и альбиносных

проростках ячменя обыкновенного, экспозиция 48 часов

Кроме того, отмечено усиление накопления антоцианов в альбиносных листьях в присутствии субстрата гликолиза – 1%-ного раствора глюкозы – по сравнению с аналогичными листьями, находящимися на воде при увеличении интенсивности полихроматического света. Наблюдалось возрастание уровня антоцианов в 1,6 раза при максимально использованной интенсивности света в 25 Дж/м2×с (рис. 3). Таким образом, свет стимулирует накопление антоциановых пигментов как в зелёных листьях растений, так и в альбиносных, хотя и в меньшей степени, а при добавлении возможного субстрата биосинтеза антоцианов [10] еще и в большей степени.

Рис. 3. Биосинтез антоциановых пигментов в 20-дневных альбиносных проростках ячменя обыкновенного на разных субстратах, экспозиция 48 часов

Исследование уровня основных фотосинтетических пигментов в листьях растений, имеющих измененный пигментный состав вследствие действия стрептомицина, показало подавление синтеза хлорофиллов и каротиноидных пигментов (рис. 4). Так, например, содержание хлорофилла а и b в зеленых листьях ячменя превышало аналогичные показатели в альбиносах в 73,8 и 7,2 раза соответственно, каротиноидов – в 19,6 раза. Увеличение интенсивности света вызывает незначительное увеличение уровня как хлорофилла а, так и хлорофилла b в альбиносных листьях ячменя, в отличие от зеленых, где их уровень понижается (рис. 5).