CC BY
16
МЕЖПОПУЛЯЦИОННАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ ФЛАВОНОИДОВ ХЕЛАТИРУЮЩЕГО КОМПЛЕКСА СОЛОДКИ КОРЖИНСКОГО GLYCYRRHIZA KORSHINSKYI НА ЮЖНОМ УРАЛЕ
© А. В. Щербаков1*, Г. Р. Даутова1, И. Ю. Усманов2
1Башкирский государственный университет Россия, Республика Башкортостан, 450076 г. Уфа, ул. Заки Валиди, 32.
Тел./факс: + 7 (347) 229 96 30. 2Уфимский государственный университет экономики и сервиса Россия, Республика Башкортостан, 450078 г. Уфа, ул. Чернышевского, 145.
Тел.: +7 (347) 252 77 05.
E-mail: [email protected]
Одним из перспективных эндемичных видов Башкинского Зауралья является солодка Коржинского (Glycyrrhiza korshinskyi Grig.). Территория произрастания этих растений характеризуется чрезвычайно высокой пластичностью содержания в почве ионов различных тяжелых металлов, в том числе, и меди. Объектами исследования служили растения солодки Коржинского, произрастающие в естественных условиях Башкирского Зауралья на почвах с различным содержанием ионов меди. Представлены данные об общем содержании и антиок-сидантной активности флавоноидов в корнях солодки Коржинского и зависимости величин этих показателей от содержания в этих органах ионов меди. Выявлено, что возрастание содержания эндогенной меди приводит к высокой пластичности состава накапливаемых фла-воноидов. При этом установлено, что динамика накопления флавоноидов в органах на фоне различного содержания в них эндогенной меди не имеет защитного характера. Полученные данные, наряду с данными о соотношении содержания экзогенной и эндогенной меди, позволяют сделать вывод, что растения Солодки Коржинского по отношению к меди действуют, как «исключатели».
Ключевые слова: солодка Коржинского, флавоноиды, антиоксидантная активность, динамика накопления, медь, пластичность.
Введение
Тяжелые металлы (ТМ) - группа химических элементов со свойствами металлов (в том числе и полуметаллы) и значительным атомным весом либо плотностью [1, 2].
В жизни растений ТМ играют двоякую роль.
Некоторые ТМ, являясь микроэлементами, в небольших количествах для растений просто необходимы [3-9]. В этот перечень входят, кобальт, марганец, медь, молибден, цинк.
Повышенное содержание ТМ часто создает токсический эффект, что является сильным абиотическим стрессом [10, 11]. При этом чувствительность растений к отдельным типам ионов тяжелых металлов может формироваться достаточно независимо [7, 11].
Известно три основных механизма токсического действия ТМ [11]:
1) Непосредственная инициация образования в клетках активных форм кислорода. Эта способность определяется тем, как соотносятся между собой окислительно-восстановительные потенциалы ионов металлов и клеточной среды. Так, известно, что показатель редокс потенциала в ряду 2и 2+-Са2+-№2+-РЪ2+-Си2+-Ре2+-Ия2+-Ая2+ меняется от -1.18 до +1.57 МВ [11].
2) Хелатирование - образование устойчивых связей ТМ с входящими в состав органических молекул растений атомами кислорода, азота и серы. Это приводит к снижению растворимости ТМ, и,
как следствие, активности соответствующих соединений, например из-за нарушения дисульфид-ных связей в белках.
3) Замена металлов в металл-содержащих ферментах. Известно, что кобальт, никель и цинк способны заменять магний в составе рибулозо-бифосфат-карбоксилазы/оксигеназы, в результате чего резко снижается ее активность. Замена кальция на кадмий при образовании комплекса с каль-модулином также способна привести к ингибиро-ванию активности некоторых ферментных систем.
Кроме того, виды растений по механизмам накопления ТМ могут быть разделены на три условные группы [12, 13]:
индикаторы - содержание тяжелых металлов в растениях соответствует таковому в почве или в окружающей среде;
исключатели - в побегах этих растений поддерживается низкая концентрация металлов, несмотря на высокую концентрацию в окружающей среде. В этом случае барьерную функцию обычно выполняет корень
накопители - содержание тяжелых металлов в растениях превышает таковое в почве.
Для защиты от тяжелых металлов растения в своем арсенале имеют ряд механизмов [12, 14-17]: Эти механизмы включают:
1) связывание тяжелых металлов клеточной стенкой и выделяемыми клеткой веществами (экссудатами);
* автор, ответственный за переписку
2) снижение поступления в клетку тяжелых металлов и выброс их из цитоплазмы в апо-пласт;
3) хелатирование в цитоплазме пептидами и другими соединениями; репарацию поврежденных белков и компартментацию металлов в вакуоли с помощью переносчиков тонопласта [14, 15].
4) участие систем трансмембранного переноса ионов, их пластичность и способность к реагированию на появление в корнях ионов тяжелых металлов. В частности было установлено, что такая реакция на возрастание концентрации ионов кадмия характерна для некоторых переносчиков нитратов, однако механизм изучен еще не достаточно [14, 18-21].
Один из важных механизмов инактивации ТМ - хелатирование ионов тяжелых металлов. Флавоноиды, наряду с другими веществами, являются эффективными хелаторами ТМ [22-30].
Известно, что многие флавоноиды, действуя как хелаторы ионов металлов переменной валентности, способны ингибировать процессы перекис-ного окисления липидов на стадии разветвления цепей, когда ионы металлов индуцируют гомолиз (распад молекул на радикалы) органических перекисей. Флавоноиды (кверцетин, мирицетин, кемп-ферол, рутин и др.) могут не только связывать, но и восстанавливать или окислять ионы металлов переменной валентности и таким образом стимулировать или ингибировать свободнорадикальные процессы [31, 32]. С использованием системы Бе2+ / аскорбат показано, что байкалеин, байкалин, квер-цетин, рутин сами по себе не обладают ион-восстанавливающей активностью, но ингибируют восстановление ионов железа, что хорошо согласовалось с угнетением свободнорадикального окисления липидов в микросомах печени крыс в присутствии ионов Бе2+
Помимо того, что флавоноиды обладают антирадикальной активностью и могут связывать ионы металлов переменной валентности, они аналогично а-токоферолу и холестерину стабилизируют мембраны и выступают в качестве структурных анти-оксидантов. Проникая в гидрофобную область мембран, молекулы флавоноидов значительно снижают подвижность липидов, что в свою очередь, снижает эффективность взаимодействия перок-сильных радикалов с новыми липидными молекулами (Я02^ + ВД ^ ЯООИ + Я^); так как в большинстве биологических мембран данная стадия цепных процессов ПОЛ является лимитирующей, то соответственно, снижается скорость всего процесса окисления [31, 32].
В биологических системах флавоноиды взаимодействуют с другими антиоксидантами, такими как аскорбиновая кислота, глутатион или мочевая кислота. Впервые способность флавоноидов взаимодействовать с аскорбатом была показана еще в 1936 году, тогда исследование экстрактов из красного
венгерского перца выявило наличие фактора, способствующего сохранности аскорбиновой кислоты. Ввиду низкой липофильности, аскорбата его защитные свойства при окислении в липосомах или клеточных мембранах слабо выражены, введение фла-воноидов (кверцетин, эпикатехин) значительно усиливает антиоксидантное действие, что имеет важное значение для сохранения мембрансвязанных цито-хромов в присутствии гидроперекисей [78].
Кроме непосредственно хелатирования ионов тяжелых металлов, известны еще 2 защитные функции флавоноидов:
1. Торможение вызванного тяжелыми металлами образования активных форм кислорода, то есть антирадикальная активность [31].
2. Ингибирование ферментов, связанных с продуцированием АФК - фермент-ингибирующая функция. Флавоноиды способны ингибировать ферменты, ответственные за синтез супероксид-аниона - протеинкиназу и ксантиноксидазу и др. [31]. Механизмы этих процессов могут быть основаны на конкуренции фенолов с субстратом при связывании с регуляторным центром фермента, или инактивации активного центра. Огромное количество фенолов, особенно флавоноиды, ингибирует простагландин-синтазу, липоксигеназу, миелопероксидазу, НАД(Ф)Н-оксидазу и ксантиноксидазу [32].
Таким образом, флавоноиды являются одним из основных и универсальных механизмов защиты растений от токсического действия тяжелых металлов, что актуально для растений, произрастающих в Башкирском Зауралье.
Экспериментальная часть
Объектами служили Солодки Коржинского (Glycyrrhiza korshinskyi Grig.), собранные летом 2010 года в Зауралье Башкирии в Баймакском районе. Исследованные образцы корней индивидуальных растений были взяты с 8 опорных точек, различающихся по уровню засоленности почвы и по содержанию в ней ионов обменной меди. С каждого места сбора было по 5 образцов корней индивидуальных растений.
Содержание обменной меди в собранных образцах растений и почвы определялось при помощи метода обратной полярографии на приборе «Поля-рограф Экотест-2».
В качестве фонового раствора использовался 0.01 М раствор азотной кислоты. Стандартный образец ГСО меди (Cu) разводился до концентрации 20 мг/л.
Общая засоленность почвы оценивалась кон-дуктометрически по электропроводности стандартной водной почвенной вытяжки
Анализ содержания флавоноидов в корнях проводился методом ВЭЖХ на хроматографиче-ской системе Waters Breese со спектрофотометри-ческим детектором. Применялась колонка Luna C18 250х46.5 мкм (Phenomemex).
Для этого сырье сушили до воздушно-сухого состояния, измельчали до размера частиц 1-2 мм, затем фракционировали с использованием растворителей различной полярности следующим способом:
Последовательность экстрагентов: (гексан ^ диэтиловый эфир ^ метил-трет-бутиловый эфир ^ этилацетат ^ бутанол ^ 70%-этанол).
В коническую колбу со шлифом вместимостью 250 мл помещали 25 г воздушно-сухого сырья, и приливали 100 мл гексана. Настаивали в течение 2 часов при комнатной температуре. Полученный раствор фильтровали через фильтр Шотта с пористостью 100 мкм. Настаивание повторяли еще 2 раза. Объединенный гексановый экстракт упаривали на роторном испарителе.
Аналогично осуществлялась последовательная экстракция диэтиловым эфиром, метил-трет-бутиловым эфиром, этилацетатом, бутанолом и 70%-ным этиловым спиртом. Каждый эксперимент по извлечению экстрактивных веществ проводили трехкратно.
Количество извлеченных экстрактивных веществ определяли весовым методом после удаления растворителя [31].
В качестве подвижной фазы применялся элюат следующего состава: вода: ацетонитрил: трифто-руксусная кислота = 60:39.9:1. Скорость потока 1 мл/мин. Аналитическая длина волны - 360 нм. Количество аналитических повторностей составило 3.
Результаты и обсуждение
Образцы хроматограмм экстрактов корней растений солодки Коржинского, произрастающих на почвах с разным содержанием меди, представлены на рис. 1-3.
В исследованных образцах корней растений солодки Коржинского было выявлено 6 флавонои-дов: кверцетин, дигидрокверцетин, изокверцетин, рутин,нарингин, нарингенин (рис. 4-6, табл. 1).
10.00 12.01
Рис. 1. Хроматограмма бутанольного экстракта корней растений солодки Коржинского, произрастающих при содержании меди в почве, равном 0.05 мг/г.
Средние данные об изменении содержания выявленных флавоноидов в зависимости от концентрации обменной почвенной меди, содержания меди в корнях и уровня засоленности почвы, представлены на рис. 5-7.
Рис. 2. Хроматограмма бутанольного экстракта корней растений солодки Коржинского, произрастающих при содержании меди в почве, равном 0.075 мг/г.
Рис. 3. Хроматограмма бутанольного экстракта корней растений солодки Коржинского, произрастающих при содержании меди в почве, равном 0.13 мг/г.
—кверцетин дигидрокверцетин
— Изокверцетин
— Рутин
\ Гришин \ 1арингенин
0,05 ivir/r 0,13 г." [/[
Содержание почвенной меди
Рис.
4. Изменение содержания флавоноидов в градиенте почвенной меди
Рис.
5. Изменение содержания флавоноидов в градиенте внутрикорневой меди.
Как следует из представленных данных, исследуемые индивидуальные вещества условно можно разбить на 2 группы - те, которые в основном встречаются в образцах в минимальных, следовых количествах или в количествах, находящихся на уровне ниже разрешающей способности ВЭЖХ, а так же вещества, содержание которых выше первых как минимум на порядок. В первую группу можно отнести следующие вещества: кверцетин, дигидроквер-
цетин и нарингенин - содержание их в исследуемых образцах составляет как правило доли мг/г сухой массы. Вторую группу составляют изокверцетин, рутин и нарингин, встречающиеся в образцах в значительно больших количествах.
уралья по отношению к ионам меди выступают, как исключатели.
-кверцетин -дигидрокверцетин -Изокверцетин -Рутин -Нарингин Нарингенин
0,01 мг/г
0,93 мг/г
Рис.
Засоленность почвы
6. Изменение содержания флавоноидов в градиенте засоленности почвы.
Для оценки общей антиоксидантной активности флавоноидов нами был предложен показатель суммарной неспецифической антиоксидантной активности накопленных флавоноидов - антиокси-дантный статус (АС), который может быть рассчитан как сумма произведений содержания отдельных флавоноидов в растительном сырье (в мг/г сух массы) на стандартные показатели оценки их антиоксидантной активности. Эти показатели определяются по стандартной методике и выражаются в тролокс-эквивалентах (TEAC, trolox equivalent antioxidant capacity, мМоль, [32]), то есть в единицах концентрации в растворе синтетического анти-оксиданта, используемого в качестве стандарта:
АС = ^ TEAQ X [ К
71
В перспективе этот показатель может быть использован как интегрированный критерий общего уровня стрессовой нагрузки на растения.
Данные об общем содержании и о суммарном антиоксидантном статусе выявленных в растениях солодки Коржинского флавоноидов приведены на рис. 7-9.
Как следует из представленных данных, у образцов солодки Коржинского, произраставших на почвах с различным содержанием меди, то колебания содержания обменной меди в почве и корнях приводят к изменениям как общего содержания выявленных соединений, так и их суммарного антиоксидантного статуса (рис. 4-6). Оба показателя, в-целом, коррелируют между собой и снижаются по мере возрастания содержания ионов меди и засоленности почвы. Показатели же общего содержания меди в образах почвы соответствуют литературным данным [33-35].
Между исследованными показателями были выявлены следующие значимые корреляционные связи, представленные в табл.
Таким образом, установлено, что растения солодки Коржинского в условиях Башкирского За-
Рис. 7. Изменение общего содержания и антиоксидант-ных свойств флавоноидов в градиенте почвенной меди
-Сумма, мг/г Антиокс. Статус, ТЕАС
Содержание меди в корнях
Рис. 8. Изменение общего содержания и антиоксидант-ных свойств флавоноидов в градиенте внутрикорневой меди.
-Сумма, мг/г Антиокс. Статус, ТЕАС
0,01 мг/г 0,93мг/г
Засоленность почвы
Рис. 9. Изменение общего содержания и антиоксидантных свойств флавоноидов в градиенте засоленности почвы.
В ходе анализа накопления растениями флавоноидов было показано, что близкое к максимальному значение содержания меди в почве вызывает у растений солодки Коржинского высокую пластичность в накоплении отдельных флавоноидов. Ранее подобные результаты на фоне более низких значений меди в почве были получены нами и на другом интересном и перспективном растении-можжевельнике казацком (Juniperus sabina) [37, 38], который, также, как и солодка Коржинского, по отношению к меди выступает как исключатель. Таким образом можно сделать предположение что высокое содержание меди в почве (3 ПДК и более) способствует высокой пластичности накапливаемых растениями флавоноидов у растений исключа-телей, однако, накопление этих соединений у рас-
Таблица
Выявленные значимые корреляционные связи между исследованными параметрами
| Параметры 1 Коэффицент корреляции R 1 Значимость P |
Засоленность почвы - дигидрокверетин. 0.711 0.05
Засоленность почвы - рутин -0.747 0.03
Засоленность почвы - нарингин -0.879 0.004
Засоленность почвы - нарингенин 0.77 0.03
Изокверцетин - рутин 0.69 0.05
Изокверцетин - нарингин 0.833 0.01
Рутин - нарингин 0.833 0.01
Рутин - нарингенин -0.938 0
Нарингин - нарингенин -0.761 0.03
Содерж. меди в корнях - изокверцетин -0.642 0.05
Содерж. меди в корнях - нарингин -0.761 0.03
тений - исключателей не является непосредственным специфическим механизмом защиты от меди.
Причиной такой высокой пластичности накопления флавоноидов при различных концентрациях тяжелых металлов, очевидно служит то обстоятельство, что растения в принципе в большинстве случаев действуют по схеме множественности первичных адаптивных реакций [39]. Поэтому высокая мозаичность условий жизни в условиях Башкирского Зауралья создает предпосылки для поиска в этом регионе уникальных химических соединений с высоким адаптогенным потенциалом.
Работа выполнена за счет средств гранта РФФИ «12-04-97023-р_поволжье_а»
ЛИТЕРАТУРА
1. Weast R. C. CRC Handbook of chemistry and physics. 64th edn. Boca Raton, CRC Press, 1984.
2. Мур Дж. В., Рамамурти С. Тяжелые металлы в природных водах. М.: Мир, 1987. 286 с.
3. Медведев С. С. Физиология растений. Изд-во СПбГУ. СПб. 2004. 335 с.
4. Fernando D. R. et. al., Foliar Mn accumulation in eastern Australian herbarium specimens: prospecting for 'new' Mn hyperaccumulators and potential applications in taxonomy / Annals of Botany, 2009. V. 103. P. 931-939.
5. Datta R., Sarcar T. Effective integration of soil chemistry and plant molecular biology in phytoremediatoin of metals: an overview / Environmental Geosciences, Tree Physiology, 25, 85-92D, 2004. V. 11. P. 53-63.
6. Kupper H, et.al.,Cellular compartmentation of nickel in the hyperaccumulators Alyssum lesbiacum, Alyssum bertolonii and Thlaspi goesingense ./ Journal of Experimental Botany, 2001. V. 52. No. 365. P. 2291-2300.
7. Freeman J. L., et al. Nickel and Cobalt Resistance Engineered in Escherichia coli by Overexpression of Serine Acetyltransferase from the Nickel Hyperaccumulator Plant Thlaspi goesingense / Applied and Enviromental Microboilogy, Dec. 2005. P. 8627-8633.
8. Cosio C., et al. Distribution of cadmium in leaves of Thlaspi caerulescens./ J. of Experimental Botany, 2005. V. 56, No. 412. P. 765-775.
9. Mijovilovich A. et al., Complexation and Toxicity of Copper in Higher Plants. II. Different Mechanisms for Copper versus Cadmium Detoxification in the Copper-Sensitive Cadmium/Zinc Hyperaccumulator Thlaspi caerulescens (Ganges Ecotype) / Plant Physiology, October 2009. V. 151. P. 715-731.
10. Таланова В. В., Титов А. Ф., Боева Н. П. Влияние возрастающих концентраций тяжелых металлов на рост
проростков ячменя и пшеницы // Физиология растений. 2001. Т. 48. №1. С. 119-123.
11. Schützendübel A., Polle A. Plant responses to abiotic stresses: heavy metal, induced oxidative stress and protection by mycorrhization. J. of Experimental Botany,2002, Volume 53, Issue 372. P. 1351-1365.
12. Демидчкик В. В., Соколик А. И., Юрин В. М. Токсичность избытка меди и толерантность к нему растений // Успехи современной биологии. 2001. Т.1. №5. C. 511-525.
13. Титов А. Ф., Таланова В. В., Казнина Н. М., Лайдинен Г. Ф. Устойчивость растений к тяжелым металлам (отв. ред. Н. Н. Немова); Институт биологии КарНЦ РАН. Петрозаводск: Карельский науч-ный центр РАН, 2007. 172 с.
14. Piqueras, A., Olmos, E., Martínez-Solano, J.R. and Hellin, E. Cd-unduced oxydative burst in Tobacco BY2 cells: time course, subcellular location and antioxidant response. Free Rad. Res. 31(Suppl.), 1999. P. 33-38.
15. Алексеев Ю. В. Тяжелые металлы в почвах и растениях. Л. Мысль, 1987. 172 с.
16. Bonnet M.,Camares O.,Veisseire P. Effects of zinc and influence of Acremonium Lolii on growth parameters, chlorophyll A fluorescence and antioxidant enzyme activities of ryegrass (Lolium perenne L.cv Apollo) / J. of Exp. Botany., May 2000. V. 51. №346. P. 945-953.
17. Li, J.Y.,et al. The Arabidopsis nitrate transporter NRT1.8 functions nitrate removal from the xylem sap and mediates cadmium tolerance. Plant Cell, 2010. V.22. P. 1633-1646
18. Smirnoff N. Ascorbic acid metabolism and functions of multi-facetted molecule // Curr. Opin. Plant Biol. 2000. V. 3. P. 229-235.
19. Саиди-Сар С., Хавари-Неджад Р.А., Фахими Х., Горбанли М., Мажд А. Совместное влияние гибберелловой и аскорбиновой кислот на перекисное окисление липидов и активность антиокислительных ферментов в проростках сои при обработке никелем // Физиология растений. 2007. Т. 54. №1. С. 85-91.
20. Kim D.Y., Bovet L., Kushnir S., Noh E.W., Martinoia E., Lee Y. AtATM3 is involved in heavy metal resistance in Arabidopsis // / Plant Physiol. 2006. V. 140. P. 922-932.
21. Чиркова Т. В. Физиологические основы устойчивости растений. СПб.: Изд-во СПб университета, 2002. 244 с.
22. Wojas S., et al. Overexpression of phytochelatin synthase in tobacco: distinctive effects of AtPCS1 and CePCS genes on plant response to cadmium./ Journal of Experimental Botany, 2008,Vol. 59, No. 8. P. 2205-2219
23. Cobbett C.S. Phytochelatin biosynthesis and function in heavy - metal detoxification. Current opinion in plant biology. 2000. V. 3. P. 211-216.
24. Heiss S., et.al. Phytochelatine synthase (PCS) protein is indused in Brassica juncea leaves after prolonged Cd exposure./ Journal of Experimental Botany, 2003. V. 54. No. 389. P. 1833-1839.
25. Clemens S., Kim E.J., Neumann D., Schroeder J.I. Tolerance to toxic metals by a gene family of phytochelatin synthases from plants and yeast./ EMBO Journal, 1999. V. 18. P. 3325-3333.
26. Salt D. E., Rauser W. E. MgATP-dependent transport of phy-tochelatins across the tonoplast of oat roots./ Plant Physiolo-gy.1995. V. 107. P. 1293-1301.
27. Clemens S., Palmgren M.G., Kramer U. A long way ahead: understanding and engineering plant metal accumulation. /Trends in Plant Science.2002. V. 7. P. 309-315.
28. Clemens S. Molecular mechanisms of plant metal tolerance and homeostasis. Planta .2001. V. 212. P. 475-486.
29. Tong Y.P., Kneer R., Zhu Y.G. Vacuolar compartmentaliza-tion: a second-generation approach to engineering plants for hytoremediation. Trends in Plant Science, 2004. V. 9. P. 7-9.
30. Меньщикова Е. Б. и др. Окислительный стресс. Прооксиданты и антиоксиданты / Е. Б. Меньщикова, В. З. Ланкин, Н. К. Зенков, И. А. Бондарь, Н. Ф. Круговых, В. А. Труфакин. М.: Фирма «Слово», 2006. 556 с.
31. Коренман, И.М. Экстракция в анализе органических веществ. М.: Химия, 2003. 200 с.
32. Тюкавкина Н. А. и др. Органическая химия. Спец. курс в 2 кн. Кн.2. М.:Дрофа, 2008. 592 с.: илл.
33. Ковальский В. В. Геохимическая экология как основа системы биогеохимического районирования // Тр. Биогеохим. лаб. АНСССР, 1978. Т. 15. С. 3-21.
34. Шагиева Ю. А. Тяжелые металлы в почвах и растениях Башкирского Зауралья. Диссерт. на соиск. степ. канд. биол. наук. Уфа, Сибай, 2002. 180 с.
35. Баимова С. Р. Тяжелые металлы в системе «Почва-растения-животные» Диссерт. на соиск. степ. канд. биол. наук. Уфа, 2009. 180 с.
36. Щербаков А. В., Фаизова С. М., Иванов С. П., Усманов И. Ю. Влияние дефицита отдельных элементов минерального питания на накопление флавоноидов бобовыми растениями на примере фасоли обыкновенной (Phaseolus vulgaris L.)./ Известия Самарского научного центра РАН, Изд-во Самарского научного центра РАН, 2012. Т. 14. №5 С. 223-228.
37. Щербаков А. В., Чистякова М. В, Аминев Г. Х., Иванов С. П., Усманов И. Ю. Вариабельность содержания вторичных метаболитов у Juniperus sabina L. в условиях Южного Урала / Башкирский химический журнал, 2009. Т. 16. №2. С. 132-137.
38. Щербаков А. В. и др. Влияние меди на накопление флавонолов группы кверцетина растениями можжевельника казацкого в условиях Башкирского Зауралья // Материалы YII международного симпозиума по фенольным соединениям, Москва, 19-23 октября 2009. Изд-во Института физиологии растений им. К. А. Тимирязева РАН, 2009. С. 288-289.
39. Усманов И. Ю., Рахманкулова З. Ф., Кулагин А. Ю. Экологическая физиология растений: Учебник. М.: Логос, 2001. 224 с.
Поступила в редакцию 21.01.2014 г.
ISSN 1998-4812
Вестннк EamKHpcKoro yHHBepcHTeTa. 2014. T. 19. №1
73
INTERPOPULATION VARIABILITY OF FLAVONOID CHELATING COMPLEX OF KORZHINSKY LICORICE (GLYCYRRHIZA KORSHINSKYI GRIG.) IN SOUTHERN URALS
© A. V. Sherbakov1*, G. R. Dautova1 , I. Yu. Ysmanov2
1Bashkir State University 32 Zaki Validi St., 450074 Ufa, Russia.
2Ufa State University of Economics and Service, 145 Chernyshevsky St., 450078 Ufa, Russia.
Phone: +7 (347) 229 96 30 E-mail: [email protected]
Korzhinsky licorice (Glycyrrhiza korshinskyi Grig.) is one of promising endemic species of Bashkir TransUrals. The territory of these plants growing is characterized by extremely high plasticity in soil ions of various heavy metals, including copper ions. We have studied Korzhinsky licorice plants grown in vivo at Bashkir TransUrals on soils with different content of copper ions. The data is shown about the general content and antioxidant activity of flavonoids in Korzhinsky licorice roots and values of dependence of these parameters on the content of copper ions in licorice plants roots. It is revealed that the increase in the content of endogenous copper leads to high plasticity of accumulated flavonoids. It is found that the dynamics of accumulation of flavonoids in various organs in the content of endogenous copper has no protective nature. These data, along with data about the content ratio of the endogenous and exogenous copper, lead to the conclusion that the Korzhinsky licorice plants act as "excluders" towards copper. Also the index and formula of antioxidant status is proposed to describe the total antioxidant activity of flavonoids accumulating plants.
Keywords: Korzhinsky licorice, flavonoids, antioxidant activity, the dynamics of accumulation, copper, plasticity.
Published in Russian. Do not hesitate to contact us at [email protected] if you need translation of the article.
REFERENCES
1. Weast R. C. CRC Handbook of chemistry and physics. 64th edn. Boca Raton, CRC Press, 1984.
2. Mur Dzh. V., Ramamurti S. Tyazhelye metally v prirodnykh vodakh [Heavy Metals in Natural Waters]. Moscow: Mir, 1987.
3. Medvedev S. S. Fiziologiya rastenii [Physiology of Plants]. Izd-vo SPbGU. SPb. 2004.
4. Fernando D. R. et. al., Foliar Mn accumulation in eastern Australian herbarium specimens: prospecting for 'new' Mn hyperaccumula-tors and potential applications in taxonomy. Annals of Botany, 2009. Vol. 103. Pp. 931-939.
5. Datta R., Sarcar T. Effective integration of soil chemistry and plant molecular biology in phytoremediatoin of metals: an overview / Environmental Geosciences, Tree Physiology, 25, 85-92D, 2004. Vol. 11. Pp. 53-63.
6. Kupper H, et.al.,Cellular compartmentation of nickel in the hyperaccumulators Alyssum lesbiacum, Alyssum bertolonii and Thlaspi goesingense. Journal of Experimental Botany, 2001. Vol. 52. No. 365. Pp. 2291-2300.
7. Freeman J. Leningrad, et al. Nickel and Cobalt Resistance Engineered in Escherichia coli by Overexpression of Serine Acetyltransfe-rase from the Nickel Hyperaccumulator Plant Thlaspi goesingense. Applied and Enviromental Microboilogy, Dec. 2005. Pp. 86278633.
8. Cosio C., Distribution of cadmium in leaves of Thlaspi caerulescens. J. of Experimental Botany, 2005. Vol. 56, No. 412. Pp. 765-775.
9. Mijovilovich A. et al., Complexation and Toxicity of Copper in Higher Plants. II. Different Mechanisms for Copper versus Cadmium Detoxification in the Copper-Sensitive Cadmium/Zinc Hyperaccumulator Thlaspi caerulescens (Ganges Ecotype) / Plant Physiology, October 2009. Vol. 151. Pp. 715-731.
10. Talanova V. V., Titov A. F., Boeva N. P. Fiziologiya rastenii. 2001. Vol. 48. No. 1. Pp. 119-123.
11. Schützendübel A., Polle A. Plant responses to abiotic stresses: heavy metal, induced oxidative stress and protection by mycorrhization. J. of Experimental Botany,2002, Volume 53, Issue 372. Pp. 1351-1365.
12. Demidchkik V. V., Sokolik A. I., Yurin V. M. Uspekhi sovremennoi biologii. 2001. Vol. 1. No. 5. Pp. 511-525.
13. Titov A. F., Talanova V. V., Kaznina N. Moscow, Laidinen G. F. Ustoichivost' rastenii k tyazhelym metallam [Resistance of Plants to Heavy Metals] (otv. red. N. N. Nemova); Institut biologii KarNTs RAN. Petrozavodsk: Karel'skii nauch-nyi tsentr RAN, 2007. 172 pp.
14. Piqueras, A., Olmos, E., Martínez-Solano, J.R. and Hellin, E. Cd-unduced oxydative burst in Tobacco BY2 cells: time course, subcellular location and antioxidant response. Free Rad. Res. 31(Suppl.), 1999. Pp. 33-38.
15. Alekseev Yu. V. Tyazhelye metally v pochvakh i rasteniyakh [Heavy Metals in Soils and Plants]. L. Mysl', 1987. 172 pp.
16. Bonne. Moscow,Camares O.,Veisseire P. Effects of zinc and influence of Acremonium Lolii on growth parameters, chlorophyll A fluorescence and antioxidant enzyme activities of ryegrass (Lolium perenne L.cv Apollo). J. of Exp. Botany., May 2000. Vol. 51. No. 346. Pp. 945-953.
17. Li, J.Y.,et al. The Arabidopsis nitrate transporter NRT1.8 functions nitrate removal from the xylem sap and mediates cadmium tolerance. Plant Cell, 2010. V.22. Pp. 1633-1646
18. Smirnoff N. Curr. Opin. Plant Biol. 2000. Vol. 3. Pp. 229-235.
19. Saidi-Sar S. Fiziologiya rastenii. 2007. Vol. 54. No. 1. Pp. 85-91.
20. Kim D. Y., Bove. L., Kushnir S., Noh E.W., Martinoia E., Lee Y. Plant Physiol. 2006. Vol. 140. Pp. 922-932.
21. Chirkova T. V. Fiziologicheskie osnovy ustoichivosti rastenii [Physiological Bases of Plant Resistances]. Saint Petersburg: Izd-vo SPb universiteta, 2002. 244 pp.
22. Wojas S., et al. Overexpression of phytochelatin synthase in tobacco: distinctive effects of AtPPp. 1 and CePCS genes on plant response to cadmium./ Journal of Experimental Botany, 2008,Vol. 59, No. 8. Pp. 2205-2219
23. Cobbett C.S. Phytochelatin biosynthesis and function in heavy - metal detoxification. Current opinion in plant biology. 2000. Vol. 3. Pp. 211-216.
24. Heiss S., et.al. Phytochelatine synthase (PCS) protein is indused in Brassica juncea leaves after prolonged Cd exposure./ Journal of Experimental Botany, 2003. Vol. 54. No. 389. Pp. 1833-1839.
25. Clemens S., Kim E.J., Neumann D., Schroeder J.I. Tolerance to toxic metals by a gene family of phytochelatin synthases from plants and yeast. EMBO Journal, 1999. Vol. 18. Pp. 3325-3333.
26. Salt D. E., Rauser W. E. MgATP-dependent transport of phytochelatins across the tonoplast of oat roots./ Plant Physiology.1995. Vol. 107. Pp. 1293-1301.
27. Clemens S., Palmgren M.G., Kramer U. A long way ahead: understanding and engineering plant metal accumulation. /Trends in Plant Science.2002. Vol. 7. Pp. 309-315.
28. Clemens S. Molecular mechanisms of plant metal tolerance and homeostasis. Planta .2001. Vol. 212. Pp. 475-486.
29. Tong Y.P., Kneer R., Zhu Y.G. Vacuolar compartmentalization: a second-generation approach to engineering plants for hytoremedia-tion. Trends in Plant Science, 2004. Vol. 9. Pp. 7-9.
30. Men'shchikova E. B. i dr. Okislitel'nyi stress. Prooksidanty i antioksidanty [Oxidative Stress. Prooxidants and Antioxidants]. Moscow: Slovo, 2006.
31. Korenman, I. M. Ekstraktsiya v analize organicheskikh veshchestv [Extraction in Analysis of Organic Substances]. Moscow: Khimiya, 2003.
32. Tyukavkina N. A. Organicheskaya khimiya. Spets. kurs v 2 kn. [Organic Chemistry. Special Course in 2 Volumes]. Kn.2. Mos-cow:Drofa, 2008.
33. Koval'skii V. V. Tr. Biogeokhim. lab. ANSSSPp. 1978. Vol. 15. Pp. 3-21.
34. Shagieva Yu. A. Tyazhelye metally v pochvakh i rasteniyakh Bashkirskogo Zaural'ya. Dissert. na soisk. step. kand. biol. nauk. Ufa, Si-bai, 2002.
35. Baimova S. R. Tyazhelye metally v sisteme «Pochva-rasteniya-zhivotnye» Dissert. na soisk. step. kand. biol. nauk. Ufa, 2009. 180 pp.
36. Shcherbakov A. V., Faizova S. Moscow, Ivanov S. P., Usmanov I. Yu. Vliyanie defitsita otdel'nykh elementov mineral'nogo pitaniya na nakoplenie flavonoidov bobovymi rasteniyami na primere fasoli obyknovennoi (Phaseolus vulgaris L.). Izvestiya Samarskogo nauchnogo tsentra RAN, 2012. Vol. 14. No. 5 Pp. 223-228.
37. Shcherbakov A. V., Chistyakova M. V, Aminev G. Kh., Ivanov S. P., Usmanov I. Yu. Variabel'nost' soderzhaniya vtorichnykh metabo-litov u Juniperus sabina L. v usloviyakh Yuzhnogo Urala. Bashkirskii khimicheskii zhurnal, 2009. Vol. 16. No. 2. Pp. 132-137.
38. Shcherbakov A. V. i dr. Vliyanie medi na nakoplenie flavonolov gruppy kvertsetina rasteniyami mozhzhevel'nika kazatskogo v uslo-viyakh Bashkirskogo Zaural'ya // Materialy YII mezhdunarodnogo simpoziuma po fenol'nym soedineniyam, Moskva, 19-23 oktyabrya 2009. Izd-vo Instituta fiziologii rastenii im. K. A. Timiryazeva RAN, 2009. Pp. 288-289.
39. Usmanov I. Yu., Rakhmankulova Z. F., Kulagin A. Yu. Ekologicheskaya fiziologiya rastenii: Uchebnik [Environmental Physiology of Plants: Textbook]. Moscow: Logos, 2001.
Received 21.01.2014.
