Действие на ростовые процессы и содержание вторичных метаболитов в культуре клеток шалфея лекарственного

15 декабря, 20122:18 дп

0


Действие на ростовые процессы и содержание вторичных метаболитов в культуре клеток шалфея лекарственного

Вторичные метаболиты (ВМ) как продукты специализированного об­мена веществ растений выполняют ряд важных функций, в первую оче­редь, связанных с защитой растительного организма от патогенов, вре­дителей, травоядных животных, а также неблагоприятных факторов абиотической природы. Изучение влияния различных экзо- и эндоген­ных факторов на накопление и локализацию веществ вторичного обмена остается одной из актуальных проблем современной фитофизиологии в связи со способностью ВМ выступать в качестве экологических сигна­лов, обеспечивающихся биохимическую адаптацию растений к сущест­вованию в биоценозах.

Уровни накопления продуктов вторичного метаболизма в культурах растительных клеток и тканей, также как в интактных растениях, повы­шаются под действием элиситоров. В качестве последних рассматрива­ются не только экзометаболиты различных фитопатогенных микроорга­низмов, но и так называемые «абиотические» элиситоры — тяжелые ме­таллы (ТМ), пестициды, дополнительные компоненты питательных сред и др. [1]. Выделение данной группы индукторов связано с тем, что син­тез ВМ клеточными культурами является частью ответной стрессовой реакции, независимо от фактора, которой она вызывается.

Целью работы явилось установление характера влияния повышенных концентраций ионов меди в питательной среде на показатели прироста биомассы и накопление соединений фенольной природы — флавоноидов и фенолкарбоновых кислот (ФК) — в культуре клеток шалфея лекарст­венного (Salvia officinalis).

Объектом исследования служила каллусная культура шалфея, которая была получена из асептических 3-х недельных проростков данного ле­карственного растения. Каллусы характеризовались светло-молочной окраской, рыхлой консистенцией, умеренной оводненностью. Для куль­тивирования каллусов использовалась питательная среда Мурасиге и Скуга с добавлением фитогормонов. В работе было протестировано 6 вариантов сред, которые включали разные концентрации ионов меди: от 10  (контроль) до 10 моль/л.

Изучение влияния повышенных концентраций ионов меди на росто­вые характеристики каллусной культуры Salvia officinalis включало оп­ределение удельной скорости роста и времени удвоения биомассы. Для количественного определения фенольных соединений в каллусах полу­чали водно-спиртовые экстракты. Содержание суммы ФК в пересчете на хлорогеновую кислоту, а также флавоноидов в пересчете на кверцетин (% от сухого вещества) производили с помощью спектрофотометрического метода. В результате были получены концентрационные зависимости из­менения удельной скорости роста и времени удвоения биомассы иссле­дуемой каллусной культуры при действии ионов меди в широком диапа­зоне концентраций. В присутствии 5-10-7-10-6 моль/л С^4» в питательной среде не обнаружено достоверных изменений прироста биомассы каллу­сов. Начиная с концентрации 5 10-5 моль/л, отмечалось ингибирование удельной скорости роста в среднем в 1,3 раза относительно контроля. При более высоких концентрациях — 10-5 и 5-10-5 моль/л — замедление ростовых процессов составляло 1,9 и 2,3 раза, соответственно. В случае самой высокой из испытанных концентраций (10-4 моль/л) снижение удельной скорости роста достигало в среднем 2,2 раза.

Значения времени удвоения биомассы каллусов шалфея лекарствен­ного в контроле (10 моль/л Cu2+ ) составляли в среднем 2,5 сут. Досто­верное увеличение данного показателя происходило, начиная с концен­трации ионов меди 10-5 моль/л. В концентрациях 5-10-5 и 10-4 моль/л медь вызывала возрастание времени удвоения биомассы каллусов шалфея в 2,3-2,4 раза. Таким образом, концентрационная зависимость воздействия ионов меди на показатели прироста биомассы каллусов шалфея лекарст­венного характеризовалась постепенным возрастанием ингибирующего эффекта, вплоть до насыщения, начиная с концентрации 5-10-5 моль/л.

Стимуляция накопления ФК в каллусах Salvia officinalis была обна­ружена в результате воздействия 10-6 моль/л ионов меди. В более высо­ких концентрациях — 10-5 и 10-4 моль/л — ионы меди вызывали выражен­ное ингибирование накопления ФК — в 1,5-1,7 раза. Причем данный эф­фект проявлялся практически в равной степени несмотря на десятикрат­ное различие в величинах концентрации Сu2+. Таким образом, также как в случае ингибирования ростовых процессов каллусов, подавление био­синтеза ФК под действием повышенных концентраций меди характери­зовалось эффектом насыщения.

При изучении характера влияния повышенных концентраций меди на содержание флавоноидов в каллусах шалфея лекарственного было уста­новлено его увеличение относительно контроля под действием концен­трации 10-6 моль/л. В результате культивирования каллусов на питатель­ных средах, включающих 10-5 и 10-4 моль/л ионов меди, происходило снижение содержания флавоноидов в среднем на 20-23%.

Увеличение уровней ФК и флавоноидов в каллусах шалфея лекарст­венного в присутствии невысоких концентраций ионов меди, возможно, связано с повышением активности некоторых ферментов, участвующих в синтезе растительных фенолов (шикиматдегидрогеназы, фенилалани-наммиаклиазы, дегидрогеназы коричного спирта и др.). С другой сторо­ны, рост содержания фенольных соединений может быть обусловлен защитной реакцией клеток. Действительно, различные стрессоры, в том числе и ТМ, индуцируют в растениях оксидативный стресс [2], запус­кающий мощную систему антиоксидантной защиты.

Антиоксидантной способностью характеризуются растительные фенилпропаноиды, в пер­вую очередь, флавоноиды. Данные соединения способны нейтрализо­вать свободные радикалы, подавлять процессы перекисного окисления липидов, белков, нуклеиновых кислот и других соединений. Антиоксидантные свойства флавоноидов реализуются и за счет необратимого комплексообразования с ионами ТМ [3]. Биосинтез флавоноидов вклю­чает промежуточные этапы, связанные с превращением ФК гидроксикоричного ряда. Следовательно, повышенное накопление флавоноидов и их предшественников может отмечаться в результате воздействия на клеточные культуры таких абиотических элиситоров как переходные металлы, в частности, меди.

Снижение содержания анализируемых ВМ фенольной природы в каллусах шалфея лекарственного в присутствии высоких концентраций ионов меди (10-5 и 10-4 моль/л), вероятно, обусловлено проявлением об­щего токсического действия протестированного ТМ на метаболическую активность клеток. Таким образом, медь в достаточно узком диапазоне концентраций способна индуцировать повышение содержания феноль-ных соединений в культуре клеток и тканей шалфея лекарственного, вы­ступая в роли абиотического элиситора.

Автор: Люля Н. И.