12871 (Биосинтез аскорбиновой кислоты листьями ячменя в атмосфере азота)

Биосинтез аскорбиновой кислоты листьями ячменя в атмосфере азота

Г.Н. Чупахина, Н.Ф. Теплицкая (Калининградский государственный университет)

Увеличение содержания аскорбиновой кислота (АК) в растениях на свету связывается некоторыми исследователями с процессом фотосинтеза [1, 2]. По мнению других авторов [3, 4, 5], эта связь косвенная и АК не относится к числу прямых продуктов фотосинтеза. Так, Шопфер [6] указывает, что повышение содержания АК на свету обусловлено системой фитохрома и участие фотосинтеза в этом процессе не обнаружено. Непосредственное действие света в процессе биосинтеза АК подчеркивается в целом ряде работ [7, 8, 9].

С целью решения вопроса о наличии связи биосинтеза АК с процессом фотосинтеза нами исследовалась возможность образования двух форм АК - восстановленной и окисленной листьями проростков ячменя на свету в атмосфере азота, то есть в условиях, исключающих протекание фотосинтеза.

Объект и методы

Объектом исследования служили 7-8-дневные проростки ячменя (Hordeum vulgare L.) сорта Майя. Листья опытных растений помещались на растворы в камеры из органического стекла, которые заполнялись азотом, очищенным от примесей других газов. Система очистки состояла из раскаленных медных стружек, щелочного раствора пирогаллола, сухих гранул калийной щелочи и концентрированной серной кислоты, последняя использовалась для улавливания паров влаги. Во время опыта циркуляция азота через камеры осуществлялась с помощью микрокомпрессора МК-2. Растения освещались светом ламп ЛДЦ-40 интенсивностью 17 тыс. эрг/см2с. Количественное содержание восстановленной и окисленной форм аскорбиновой кислоты определялось путем титрования растительных вытяжек 2,6-дихлорфенолиндофенолом до и после восстановления дегидроаскорбиновой кислоты сероводородом. Окисленная форма АК определялась по разнице этих титрований [10, с.88-91]. Полученные данные обработаны статистически.

Результаты и обсуждение

В опытах использовались проростки ячменя, предварительно выдержанные в темноте около 40 часов. Это снижало уровень АК, а в дальнейшем после перенесения проростков на свет способствовало более активному ее биосинтезу. Поскольку в этих условиях возобновляется процесс фотосинтеза, можно было предположить, что существует прямая связь между фотосинтезом и биосинтезом АК. Однако в наших опытах отмечено активное накопление восстановленной формы АК в освещенных листьях ячменя, находящихся на экзогенных субстратах в атмосфере азота, то есть в среде, исключающей протекание фотосинтеза. Так, за 8 часов опыта (табл. 1) количество восстановленной АК в листьях, находящихся на 0,005 М растворе глюкозы в атмосфере азота, увеличилось на 193% по сравнению с исходным ее содержанием. За это же время в освещенных проростках, находящихся на растворе глюкозы на воздухе, содержание АК увеличилось только на 136%.

Таблица 1

Биосинтез восстановленной АК в атмосфере азота 7-8-дневными проростками ячменя, плавающими на 0,005 М растворе глюкозы на свету (экспозиция 8 час.; интенсивность света 17 тыс.эрг/см2с)

Аналогичная закономерность отмечена и в серии опытов (табл. 2), где исследовалось накопление АК проростками ячменя, помещенными на 0,005 М раствор щавелевой кислоты, возможность использования которой в биосинтезе АК была показана нами ранее [11]. В листьях, плавающих на растворе щавелевой кислоты на свету в атмосфере азота, содержание АК увеличилось на 142%, а на воздухе - на 99%.

Таблица 2

Биосинтез восстановленной АК в атмосфере азота 7-8-дневными проростками ячменя, плавающими на 0,005 М растворе щавелевой кислоты на свету (экспозиция 8 час.; интенсивность света 17 тыс.эрг/см2с)

Таким образом, отсутствие в среде углекислого газа, необходимого для фотосинтеза, не только не препятствует процессу биосинтеза восстановленной формы АК из экзогенных субстратов, но даже способствует несколько большему ее накоплению по сравнению с нормальными условиями.

Факт большего накопления восстановленной АК в листьях, находящихся в атмосфере азота, можно объяснить тем, что восстановленная АК в этих условиях не отвлекается на процессы дыхания и фотосинтеза, в которых она принимает непосредственное участие в качестве донора электронов [12, 13]. С другой стороны, [7] в анаэробных условиях на свету происходит фотовосстановление предшественника АК, что также может приводить к увеличению количества восстановленной формы АК в листьях, находящихся в атмосфере азота. Этому может способствовать и свойство свободного радикала аскорбата акцептировать электроны [14].

В следующих опытах наряду с восстановленной формой АК определялась и ее дегидроформа (табл. 3). Исследование накопления двух форм АК в проростках ячменя, находящихся на свету на воде и 0,005 М растворе глюкозы в атмосфере азота и воздуха, показало, что отсутствие углекислого газа не препятствовало биосинтезу восстановленной формы АК. Окисленная форма АК преобладала в листьях, находящихся в аэробных условиях, где восстановленная форма АК вовлекается в процессы фотосинтеза и дыхания с образованием дегидроформы. К тому же в атмосфере азота в растениях преобладающее значение имеют реакции фотовосстановления АК, а реакции фотоокисления менее выражены [15].

Таблица 3

Содержание восстановленной и окисленной форм АК в 7-8-дневных проростках ячменя, находящихся на свету в атмосфере азота в течение 8 часов (интенсивность света 17 тыс.эрг/см2с)

Нужно отметить, что абсолютное содержание восстановленной формы АК и суммы двух форм АК (восстановленная + окисленная) было несколько выше в листьях, находящихся на 0,005 М растворе глюкозы по сравнению с вариантами, где экзогенный субстрат не вводился. В последнем случае не отмечено большего накопления восстановленной АК в проростках, находящихся в анаэробной среде по сравнению с нормальными условиями, что отмечается во всех вариантах с использованием экзогенных субстратов. Вероятно, за 8 часов опыта уже проявляет себя недостаток субстрата, который необходим для биосинтеза АК и образование которого связано с фотосинтезом.

Таким образом, способность проростков ячменя синтезировать АК в атмосфере азота на свету дает основание говорить об отсутствии прямой связи между процессом фотосинтеза и биосинтезом АК. В связи с тем, что процесс образования АК светозависимый, можно предположить, что он включает в себя специфические фотобиохимические реакции, прямо не связанные с фотосинтезом. Спектры действия реакций фотовосстановления и фотоокисления АК указывают на включение в эти реакции хлорофилла [12], а в бесхлорофильных органах в атмосфере азота [16, 17] новообразование АК не происходит. Поскольку на свету в атмосфере азота нами отмечено изменение содержания не только АК, но и ее окисленной формы, то говорить об участии фитохрома в процессе светозависимого накопления АК проблематично, так как известно [6], что фитохром не оказывает влияния на соотношение АК и ДАК.

Список литературы

1. Землянухин А.А. О содержании дегидроаскорбиновой кислоты в некоторых растениях // Бюл. общества естествоиспытателей при Воронежском у-те. 1955. Вып. 9. С.19-22.

2. Asselbergs E.A.M. Studies on the formation of ascorbic acid in detached apple leaves // Plant physiology. 1957. Vol. 32. N 4. P.326-329.

3. Franke W. Uber die Biosynthese des Vitamin C. II. Sur Biochemie i und Physiologie der Vitamin C-Synthese // Planta. 1955. Bd. 45. N 2. S.166-197.

4. Franke W. Uber die Biosynthese des Vitamin C. III. Mitt. Nachweis der Unabhдngigkeit der Vitamin C-Bildung von der Photosynthese (bei Vicia faba minor) // Planta. 1955. Bd. 53. N 6. S.551-564.

5. Mehner H., Franke W. Uber die Wirkung einer Begasung mit verschiedenen gasgemischen während der keimung auf die Vitamin C-Bildung in Getreide - keimlingen // Planta. 1960. Bd. 54. N 6. S.604-610.

6. Schopfer Peter. Der Einfluss von Phytochrom auf die stationären Konzentrationen von Ascorbinsäure und Dehydroascorbin-saure beim Senfkeimling (Sinapis alba L.) // Planta. 1966. Bd. 69. N 2. S.158-177.

7. Mitsui Akira, Ohta Takahisa. Photooxidative consumption and photoreductive formation of ascorbic acid in green leaves // Plant and Cell Physiol. 1961. Vol. 2. N 1. P.31-34.

8. Окунцов М.М., Чупахина Г.Н. Несовпадение спектров действия биосинтеза АК и фотосинтеза // Информ. бюл. СО АН СССР. Иркутск, 1968. Вып. 3. С.97-98.

9. Окунцов М.М., Чупахина Г.Н. Роль света в биосинтезе АК в листьях ячменя // Биол. науки. 1970. № 7. С.88-94.

10. Ермаков А.И., Арасимович В.В., СмирноваИконникова М.М., Ярош Н.П., Луковникова Г.А. Методы биохимического исследования растений. Л., 1972. 455 с.