Диссертация (1145773), страница 23
Текст из файла (страница 23)
(Рисунки61-63). В зрелых листьях амаранта (Рисунок 61) среди органических кислот наиболеезначимым оказалось возрастание содержания малата, а также эритроновой кислоты,особенно в присутствии Cd, при одновременном снижении уровня сукцината иотносительной неизменности - фумарата и глутарата. Содержание лимонной кислотыповышалось и в зрелых (Рисунок 61), и в ювенильных листьях (Рисунок 62), но в большейстепени на фоне Cd. В ювенильных листьях уровень малата изменялся мало, но былоотмечено достоверное снижение сукината и весьма существенный прирост в содержаниитаких кислот, как малоновая (на фоне Zn), а также ксилоновая, пальмитиновая и особенноадипиновая при воздействии обоих металлов.
Уровень оксалата в ювенильных листьяхснижался при экспонировании с Zn, но увеличивался в присутствии Cd. Идентификация127аминокислот в листьях A. сaudatus не дала возможности выявить заметные изменения в ихсодержании под влиянием Zn или Cd.Реакциянавоздействиеметалловсостороныуглеводовоказаласьболееуниверсальной - уровни глюкозы, фруктозы, сахарозы, а также маннозы и галактозы у A.сaudatus возрастали в листьях обоих возрастов, причем содержание сахарозы и галактозы вювенильных листьях возросло сильнее на фоне Zn.Данные, полученные при анализе метаболитных профилей в корнях A. сaudatus(Рисунок 63) выявили эффекты, во многом разнящиеся от отмеченных у A.
cruentus. Так, привоздействии металлов, особенно Zn, в корнях вывлен значительный прирост содержанияфосфорной, а также органических кислот, как из числа ДТК - лимонной, глутаровой ифумаровой, так и ряда других карбоновых кислот, роль которых мало исследована урастений- гепта- и тетрадекановой, ксилоновой, азелаиновой (только в корнях), адипиновой,эритроновой. В то же время уровень малата в корнях в присутствии Zn возрасталнезначительно, а сукцината и оксалата - снижался.При воздействии Cd наибольшийстимулирующий эффект был установлен в отношении кислот цикла ДТК - малата иизоцитрата. Заметный прирост наблюдался также в группе жирных кислот (стеариновой,линолевой, пальмитиновой, декановой (каприновой), тетракозановой) и ароматическихкислот (феруловой, бензойной), последняя известна как антиоксидант.
В корнях A. сaudatus,как и в листьях, были идентифицированы только 3 аминокислоты, среди которых содержаниеаланина и оксопролина повысилось в основном в ответ на Zn, а валина, напротив, в ответ наCd.В отношении сахаров было выявлено, что внесение Zn в большей степени, чем Cd,инициировало повышение уровней глюкозы, фруктозы, маннозы и сахарозы в корнях A.сaudatus. Вместе с тем, из данных анализа метаболитных профилей следует, что оба металлапровоцировали существенное повышение концентрации спирта мио-инозитола, функциюкоторого связывают с участием в трансдукции(Gillaspy, 2011).внутриклеточных сигналов у растений128Рис. 61. Визуализация концентрацийнизкомолекулярных метаболитов (теплокарта),выделенных из зрелых листьев A.caudatus.
Control 1-3 – контроль, Zn 1-3 - Zn300 мкМ, Cd 1-3- Cd90 мкМ..129Рис. 62. Визуализация концентрацийнизкомолекулярных метаболитов (теплокарта),выделенных из молодых листьев A.caudatus. Control 1-3 – контроль, Zn 1-3 - Zn300 мкМ, Cd1-3 - Cd90 мкМ..130Рис. 63. Визуализация концентрацийнизкомолекулярных метаболитов (теплокарта),выделенных из корней A.caudatus. Control 1-3 – контроль, Zn 1-3 - Zn300 мкМ, Cd 1-3 - Cd90мкМ.131Оценивая результататы анализа метаболитных профилей, следует отметить, чтоповышение уровня сахаров, а также органических кислот в органах растений в условияхстресса, как правило, связывают с ответными адаптивными реакциями в виде активизациигликолиза и цикла Кребса. Установленное нами существенное возрастание содержанияосновных сахаров (глюкоза, фруктоза, сахароза) в листьях и корнях растений амаранта вответ на воздействие Zn и Cd согласуется с известными представлениями о деградации пуловзапасныхполисахаридоввусловияхстресса,либоусиленииглюконеогенезаиглиоксилатного цикла (Wu et al., 2013), что хорошо коррелирует с функциональной рольюсахаров как совместимых осмолитов при нарушениях водного потенциала в клетках растений(Keunen et al., 2010).
Отмеченное при воздействии металлов усиление аккумуляции в листьяхи корнях, прежде всего,у A.caudatus,кислот цикла ДТК дает основание говорить оповышении в условиях Cd и Zn стресса митохондриальной активности, генерирующейвосстановительные агенты и АТФ, а также углеродные скелеты для биосинтеза аминокислот,на что имеются указания в некоторых работах (Keunen et al., 2010; Xie et al., 2014). В то жевремя, установленный нами прирост в аккумуляции одних кислот (малат, цитрат) приодновременномснижениидругих(сукцинат),согласуетсясрассматриваемымИгамбердиевым и Епринцевым (Igamberdiev, Eprintsev, 2016) представлением о возможноститрансформации цикла ДТК из замкнутой в открытую структуру с формированием малатногои цитратного «ответвлений» и соответствующих пулов производных интермедиатов,подпитывающих цикл и стабилизирующих его работу, в частности, под влиянием повышенияредокс потенциала клеток.
Не исключено, что подобнаятрансформация может бытьадаптационным ответом растений на условия Cd и Zn стресса. При этом малат можетучаствоватьвпереносередоксэквивалентовмежду клеточнымикомпартментами(Maurino,Engqvist, 2015), выполнять функцию осмолита в цитоплазме (Meyer et al., 2010б), атакже принимать участие в нейтрализации ионов тяжелых металлов в листьях и корняхамаранта.
С другой стороны, с учетом литературных данных о возможности трансформациицитрата в цитоплазме в изоцитрат, который, при участии цитозольной изоцитрат лиазы,обнаруженной в проростках Amaranthus caudatus L. (Eprintsev et al., 2015b), может статьпредшественникомоксалатавлистьяхрастений(Igamberdiev,Eprintsev,2016),просматривается возможная связь установленной нами интенсификации аккумумляцииоксалата в листьях амаранта в условиях ТМ стресса со стресс-индуцированнойтрансформацией цикла Кребса.132Изменения метаболитных профилей, выявленные нами у растенийA.cruentus,свидетельствуют об определенных различиях в характере метаболитного отклика в листьях икорнях этого вида амаранта на действие Zn и Cd.
Если биохимические перестройки,наблюдаемые в листьях, позволяют говорить об их адаптивном характере (увеличениесодержания сахаров и органических кислот), то в корнях они скорее свидетельствуют одеструктивных процессах, что особенно четко проявилось в снижении уровня сахаров привоздействии Zn. Очевидно, что нормальное функционирование корней полностьюнарушаетсяприотмеченномрезкомсниженииуровняосмотическиактивныхифункционально значимых метаболитов, что подтверждаются данными о резком сниженииприроста биомассы корней у A.cruentus в сравнении с A.caudatus при Cd и Zn воздействиях. УA.
caudatus характер метаболического ответа на действие металлов оказался иным, ростуровня большинства осмотически активных метаболитов, включая сахара и органическиекислоты, отмечался как в листьях, так и в корнях. Несомненно важным представляетсявыявленный у A. caudatus металл - индуцированный рост содержания ряда жирных иароматических органических кислот, функции которых мало исследованы в литературе, но понекоторым данным, они могут выполнять антиоксидантную (феруловая кислота, Boz, 2015)или сигнальную (азеалиновая кислота, Wittek et al., 2014) роль, либоучаствовать вхелатировании Cd (адипиновая кислота, Cataldo et al., 1981). В этом отношении реакцияисследованных видов амаранта на действие тяжелых металлов во многом сходна с реакцией,описанной для Amaranthus hypochondriacus привирусной инфекции Ageratum enation(Srivastava et al., 2012).
Как и в случае вирусной инфекции, в листьях и корнях A.caudatus, ноне A.cruentus было отмечено существенное увеличение содержания мио-инозитола, которомууделяется большое внимание как важному метаболиту и структурной основе ряда липидныхсигнальных молекул, в том числе, участвующих в стресовых ответах (Srivastava et al., 2012).Отмеченные различия в ответе 2-х видов амаранта на ТМ стресс со стороны аккумуляцииэтого соединения также свидетельствует о большей устойчивости A.
caudatus.Сравнительный анализ ответных реакций растений на действие Cd и Zn на уровнеисследования метабитных профилей в органах двух видов амаранта свидетельствует, чтометаболические перестройки, отмечаемые в органах A. caudatus при действии тяжелыхметаллов, в значительной степени носят адаптивный характер, что выразилось в аккумуляциистресс-протекторного пролина (оксопролина), сахаров и органических кислот как в листьях,133так и в корнях растений, которые в первую очередь испытывают воздействие металлов.Растения A.cruentus продемонстрировали меньшую степень устойчивости к действию ТМ,что нашло отражение в показателях прироста их биомассы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
