Диссертация (1145773), страница 24
Текст из файла (страница 24)
Исследование метаболическогоотклика в органах A.cruentus дает дополнительные свидетельства в пользуменьшейметаллоустойчивости этот вида амаранта, по-видимому, связанной, с деструктивнымипроцессами, в том числе, с резким нарушением метаболизма в корнях, снижением в них доминимумасодержаниясахаровиорганическихкислот,являющихсяважнейшимифункционально значимыми метаболитами растений.При исследовании метаболического отклика на воздействие Cd и Zn в растениях A.caudatusнами дополнительно был проведен анализ содержания 14 наиболее значимыханнотированных метаболитов в зрелых и ювенильных листьях и корнях растений сиспользованием метода калибровки по внешним стандартам и матрицам с добавкойстандартов. Этот анализ позволил рассчитать абсолютные концентрации (в мкМ) этихметаболитов в 1 г сухой биомассы в листьях и корнях растений A.
caudatus и количественнооценить их измения при воздействии на растения цинка и кадмия (Рисунки 64-69).Результаты анализа, представленные на Рис. 64 и 65, показали, что в ювенильныхлистьях A. caudatus среди изученных метаболитов в количественном отношении преобладаютаминокислоты аланин и оксопролин. Уровень последней возрастал при действии Cd в 1,5, апри действии Zn - в 1,2 раза. Поскольку пролин, как известно, относится к числуосмопротектантов и важен в стрессовой устойчивости растений(Титов и др., 2014),увеличение концентрации его производного оксопролина в ювенильном листе можнорассматривать как важный адаптационный признак134Рис.
64. Содержание метаболитов в молодых листьях растений А.caudatus в контроле и привоздействии 90мкМ Cd.Уровни концентрации выбранных для количесивенного анализа сахаров (глюкоза,галактоза, манноза, сахароза) в контроле относительно невелики, но в присутствии Cdсодержание глюкозы и сахарозы возрастало до 4-х раз, а в присутствии Zn рост содержаниясахарозы в ювенильном листе достиг 6 раз. Изменения в содержании органических кислот,согласно полученным данным, в ювенильных листьях в присутствии металлов оказалисьнесущественны.Незначительныйстимулирующийэффектотмеченвотношенииаккумуляции малата и оксалата при действии Cd, тогда как на фоне Zn уровни этих кислот,напротив, снижались.135Рис. 65.
Содержание метаболитов в молодых листьях растений А.caudatus в контроле и привоздействии 300 мкМ Zn.В зрелых листьях A. caudatus среди обсуждаемых метаболитов в контролеколичественно преобладал оксалат, а содержание аминокислот оксопролина и аланинаоказалось ниже, чем в ювенильном листе. Количество последнего мало изменялось в ответ навнесение металлов в среду по сравнению с позитивным эффектом, отмеченным вювенильных листьях (Рисунки 66, 67). Прирост в содержании сахаров - глюкозы и сахарозы в ответ на воздействие обоих металлов был более существенным, и составил до 2-3 раз кконтролю. Принципиальным отличием от ответной реакции, наблюдаемой в ювенильныхлистьях, явилось значительное возрастание в зрелых листьях пулов органических кислот оксалата и малата.
При этом пул оксалата, больший по величине, возрос в присутствии Cd в1,7 раза, а в присутствии Zn - в 1, 2 раза. Еще сильнее относительно контроля возрастали136пулы малата - до 4-х раз - на фоне Cd до 2-х раз - раз на фоне Zn. Следует подчеркнуть, что вколичественном отношении именно оксалат доминировал среди всех аннотированныхметаболитов в зрелых листьях амаранта, как в контроле, так и особенно в опытныхвариантах, что подтверждает ранее установленную принципиальную роль этой кислоты вподдержании ионного баланса в листьях амаранта (Осмоловская и др., 2007) и дает основаниеговорить о важности оксалата как детоксикатора, прежде всего, кадмия, в листьях A.caudatus.Рис.
66. Содержание метаболитов в зрелых листьях растений А.caudatus в контроле и привоздействии 90мкМ Cd.137Рис. 67. Содержание метаболитов в зрелых листьях растений А.caudatus в контроле и привоздействии 3000мкМ Zn.Анализ концентраций метаболитов в корнях A. caudatus (Рисунки 68, 69) показалвысокое содержание в них оксопролина, однако содержание этой аминокислоты возрастало вкорнях только в ответ на воздействие Zn, но не Cd.
Среди исследованных метаболитов вкорнях A. caudatus концентрационно доминировали также глюкоза и сахароза, менеепредставлены малат и оксалат, уровень последнего в корнях заметно меньше, чем в листьях.В ответ на действие обоих металлов существенных изменений в содержании органическихкислот в листьях не наблюдалось, тогда как уровень глюкозы в корнях возрастал более, чем в2 раза, а уровень сахарозы оставался практически неизменным (Рисунки 68, 69).138Рис.
68. Содержание метаболитов в корнях растений А.caudatusвоздействии 90мкМ Cd.в контроле ипри139Рис. 69. Содержание метаболитов в корнях растений А.caudatusв контроле ипривоздействии 300 мкМ Zn.Таким образом, сравнительный анализ метаболических ответов у двух видов растенийамаранта на действие Cd и Zn свидетельствует, что метаболические перестройки, отмечаемыев органах A.
caudatus при действии тяжелых металлов, в значительной степени носятадаптивный характер, что выразилось в аккумуляции стресс-протекторного пролина(оксопролина), сахаров и органических кислот как в листьях, так и в корнях растений,которые в первую очередь испытывают воздействие металлов. Растения A.cruentusпродемонстрировали меньшую степень устойчивости к действию ТМ, что нашло отражениев показателях прироста их биомассы.
Исследование метаболического отклика в органахA.cruentus дает дополнительные свидетельства в пользу меньшей металлоустойчивости этоговида амаранта, по-видимому, связанной, с деструктивными процессами, в том числе, с резкимнарушением метаболизма в корнях, снижением в них до минимума содержания сахаров и140органических кислот, являющихся важнейшими функционально значимыми метаболитамирастений.Результаты количественного анализа метаболитов в листьях и корнях A. caudatusподтвердили, что ключевыми соединениями, определяющими биохимические перестройки иметаболический отклик в растениях A.
caudatus на действие Cd и Zn стресса, являютсясахара, особенно глюкоза, на уровне корней и органические кислоты, прежде всего, оксалат ималат, в листьях. При этом в зрелых листьях растений A.caudatus доминирующая роль вметаболическом отклике принадлежада малату и оксалату, что максимально проявилось вответной реакции растений на действие Cd.Обобщая результаты исследования, можно заключить, что установленная большаяустойчивость A.caudatus к действию высоких концентраций Cd и Zn очевидно связана саккумуляцией в их органах разных групп метаболитов - аминокислот (пролин), органическихкислот (цикла ДТК и оксалата) и сахаров (глюкоза, сахароза), вовлекаемых в различные путиадаптации растений к Cd и Zn стрессу.
Значительное увеличение под влиянием Cd и Zn пуловорганических кислот, и, прежде всего, оксалата и малата, как принципиальных составляющихметаболома в листьях амаранта, согласуется с функциональной ролью органических кислот вхелатировании и детоксикации катионов тяжелых металлов как механизмах обеспечения ихгомеостаза.Результаты исследования метаболических откликов в ювенильных и зрелых листьях A.caudatusможно представить в виде следующих предполагаемых схем действия Cd наметаболитные пути в листьях этих растений (рис.70 и 71):141Рис.
70. Схема предполагаемого метаболического отклика ювенильных листьев A.caudatus надействие Cd (построена на основании KEGG карты путей углеродного метаболизма длярастений сем. Amaranthaceae)Рис.71. Схема предполагаемого метаболического отклика зрелых листьев A.caudatus надействие Cd (построена на основании KEEG карты путей углеродного метаболизма длярастений сем.
Amaranthaceae)142ЗАКЛЮЧЕНИЕПроведенное нами исследование показало, что растения A.caudatus и A.cruentus,подвергнутые продолжительному 7 сут воздействию Cd и Zn в концентрациях 90 мкМ и 300мкМ, демонстрировали разную степень устойчивости к стрессовому действию этих металлов,обусловленную работой адаптационных механизмов, функционирующих как в корнях, так ив листьях растений. При этом по ряду индикаторных показателей и прежде всего, по темпамприроста сухой биомассы и по способности к поддержанию ионного гомеостаза в листьях икорнях, A.caudatus показал большую устойчивость к действию Cd и Zn в сравнении сA.cruentus.Согласно полученным результатам, оба вида амаранта при высокихконцентрациях ТМ в питательной среде проявляли стратегию эксклюдера, что выразилось впредпочтительной аккумуляции Cd и Zn на уровне корней.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
