CC BY
68
Биополимеры растений
УДК 547.458:547.458.87:547.458.88
СЕЗОННАЯ ДИНАМИКА И БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ ПОЛИСАХАРИДОВ ДРЕВЕСНОЙ ЗЕЛЕНИ ПИХТЫ СИБИРСКОЙ ABIES SIBIRICA LEDEB.
© Е.Н. Макарова1, О.А. Патова2, Е.А. Михайлова2, В.А. Демин1
1 Институт химии Коми НЦ УрО РАН, ул. Первомайская, 48, Сыктывкар,
167982 (Россия), e-mail: elena-makarova@chemi.komisc.ru 2Институт физиологии Коми НЦ УрО РАН, ул. Первомайская, 50,
Сыктывкар, 167982 (Россия)
Из древесной зелени пихты сибирской Abies sibirica Ledeb. методом последовательной экстракции выделены пектин и гемицеллюлозы класса глюкуроноксилана. В состав углеводной цепи пектина входят остатки галактуроновой кислоты, галактозы и арабинозы. Изучена годичная динамика накопления и расходования полисахаридов. Оптимальным временем сбора древесной зелени пихты для выделения пектина является осенний период, гемицеллюлоз (ГМЦ) -зимне-весенний. Пектиновый полисахарид, полученный в результате экстракции сырья водой, и гемицеллюлозы класса глюкуроноксилана, выделенные из древесной зелени пихты, оказывают стимулирующее влияние на всхожесть и скорость прорастания семян, рост корней и проростков пшеницы мягкой Triticum aestivum L.
Ключевые слова: Abies sibirica - пихта сибирская, пектиновые полисахариды, гемицеллюлозы, сезонная динамика, биологическая активность.
Работа выполнена при финансовой поддержке программы фундаментальных исследований, выполняемых совместно с организациями СО И ДВО РАН по проекту №09-С-3-1009.
Введение
В хвойных растениях биологические процессы наиболее активно протекают в древесной зелени, где происходит основное накопление метаболитов, расходуемых в течение многолетних циклов на построение вегетативной массы растения [1]. Одним из главных компонентов древесной зелени хвойных растений являются углеводы [2-13]. Эти соединения не только играют роль запасных питательных веществ, но и выполняют защитные функции, обеспечивающие устойчивость дерева к различным неблагоприятным условиям среды [14]. Ранее изучена динамика накопления и расходования углеводов в зависимости от экологических факторов в хвое ели сибирской [4]. Дана общая химическая характеристика кислых полисахаридов, выделенных из хвои кедра, лиственницы, пихты и ели [8]. Показано, что в состав гемицеллюлоз (ГМЦ) хвои сосны обыкновенной входят галактоглюкоманнан и 4-О-метилглюкуроноарабиноксилан [4, 5].
Пихта сибирская Abies sibirica Ledeb. - одна из главных лесообразующих пород таежной зоны. Возможность круглогодичного использования делает древесную зелень пихты перспективной в качестве источника биологически активных веществ. Из древесной зелени и коры, являющихся лесосечными отходами пихты, производят пихтовое масло, хлорофиллин натрия, провитаминный концентрат, витаминную муку и ряд пищевых биологически активных добавок («Флорента», «Абисил», «Абисиб» и др.) [15, 16]. Использование полисахаридов древесной зелени пихты затруднено недостатком сведений об их составе, строении и изменениях в зависимости от сезона года.
Цель настоящей работы - изучение годовой динамики накопления и расходования пектина и гемицеллюлоз в древесной зелени пихты сибирской, определение оптимального времени сбора растительного сырья для выделения данных полисахаридов и исследование их биологической активности.
* Автор, с которым следует вести переписку.
Экспериментальная часть
В качестве исходного материала использовали образцы древесной зелени (охвоенные концы ветвей (лапка) диаметром в отрубе не более 8 мм) пихты сибирской Abies sibirica Ledeb., собранные в окрестностях Сыктывкара (Республика Коми, Россия) помесячно. Образцы отбирали с 10 растущих деревьев. Для исследования хвои срезали ветви из верхней, средней и нижней частей кроны деревьев в четырех геодезических направлениях.
Свежесобранную предварительно измельченную древесную зелень пихты последовательно экстрагировали органическими растворителями (этилацетат, хлороформ) в аппарате Сокслета для удаления низкомолекулярных примесей. Полученный обезжиренный воздушно-сухой остаток сырья (25 г) экстрагировали дист. водой при перемешивании, применяя трехкратную экстракцию: по 2 л экстрагента при 70 °С в течение 2 ч. Объединенный экстракт концентрировали и центрифугировали. Полисахариды осаждали 3-кратным объемом 96%-ного этанола. Осадок отделяли центрифугированием, растворяли в воде и диализо-вали против дист. воды, лиофилизовали. Получили пектиновый полисахарид - абиенан AS 1.
Остаток сырья экстрагировали водным раствором HCl (рН 4.0) при перемешивании, применяя трехкратную экстракцию: по 2 л экстрагента при 70 °С в течение 2 ч. Объединенные экстракты обрабатывали, как описано выше. Получили пектиновый полисахарид - абиенан AS2.
Остаток сырья экстрагировали 0,7%-ным водным раствором (NH4)2C2O4H2O при перемешивании, применяя трехкратную экстракцию: по 2 л экстрагента при 70 °С в течение 2 ч. Объединенные экстракты обрабатывали, как описано выше. Получили пектиновый полисахарид - абиенан AS3.
Остаток сырья промывали дист. водой и экстрагировали водным раствором 7,0%-ного КОН при перемешивании, применяя пятикратную экстракцию: по 2 л экстрагента при 25 °С в течение 2 ч. Объединенный экстракт охлаждали, подкисляли соляной кислотой до рН 5.0 и центрифугировали. Далее очищенный экстракт обрабатывали, как описано выше. Получили ГМЦ AS4.
Остаток сырья экстрагировали 14%-ным водным раствором NaOH, содержащим 10 мМ NaBH4 и 4% Н3ВО3, при перемешивании, применяя пятикратную экстракцию: по 2 л экстрагента при 25 °С в течение 2
ч. Объединенный экстракт обрабатывали, как описано выше. Получили ГМЦ AS5.
Содержание углеводов в экстрактах определяли реакцией с фенолом в присутствии конц. H2SO4 [17]. Выходы фракций оценивали в процентах от массы воздушно-сухой обезжиренной древесной зелени.
Наличие 1,4-а-связанных остатков D-галактуроновой кислоты в водорастворимых фракциях пихты проводили методом ферментативного гидролиза с помощью специфического фермента пектиназы, обладающей 1.4-а-0-полигалактуроназной активностью. Навески пектиновых полисахаридов AS1 и AS2 (по 50 мг) растворяли в воде (по 18 мл), добавляли водный раствор 1,4-а^-полигалактуроназы (по 2 мг, «Fluka»), смесь инкубировали при 37 °С в течение 4 ч, контролируя количество восстанавливающих сахаров в растворах по методу Нельсона-Сомоджи [18]. Пектиназу дезактивировали нагреванием в течение 10 мин при 100 °С, после охлаждения раствора выпавший осадок удаляли центрифугированием. Полученный раствор концентрировали и осаждали 4-кратным объемом 96%-ного этанола. Выпавший осадок отделяли центрифугированием, растворяли в воде, диализовали против дистиллированной воды и лиофилизовали. Получили полисахаридные фрагменты с выходом 13,6 и 14,2% соответственно. Спиртовой супернатант концентрировали и анализировали, используя распределительную нисходящую хроматографию на бумаге Filtrak FN-12 и FN-13 в системе н-бутанол - пиридин - Н2О (6 : 4 : 3, по объему), индикацию пятен моносахаридов осуществляли кислым анилинфталатом при 105 °С.
Для определения действия полисахаридов древесной зелени пихты на ранние стадии онтогенеза злаков использовали семена пшеницы мягкой Triticum aestivum L. сорта «Иргина». Обработку семян пшеницы проводили по ранее описанному способу [19]. Семена перед посевом обрабатывали 0,002%-ными водными растворами пектиновых полисахаридов AS1, AS2 и гемицеллюлозы AS4, выделенных из древесной зелени пихты, собранной в январе и феврале соответственно. Контролем служили семена, которые предварительно обрабатывали водопроводной водой. Затем семена инкубировали в чашках Петри в течение 16 суток при 23 °С. Всхожесть семян определяли в процентах. Длину корней и проростков пшеницы измеряли на 2-, 4-, 6-, 8-й и 16-й день инкубации семян. Опыты проводили в 3-кратной повторности по 50 семян в каждом варианте опыта. Достоверность результатов оценивали с помощью t-критерия Стьюдента, для статической обработки использовали компьютерную программу ORIGIN 4.1.
Для определения качественного и количественного моносахаридного состава полученных водорастворимых пектинов и ГМЦ проводили полный кислотный гидролиз. К навеске (2-5 мг) исследуемого образца добавляли 1 мл 2М СБ3СООН, содержащего мио-инозит (0,5-1,0 мг/мл). Смесь термостатировали в течение 5 ч при 100 °С. Избыток кислоты удаляли многократным упариванием гидролизата досуха с СН3ОН. Нейтральные моносахариды идентифицировали методом ГЖХ в виде соответствующих ацетатов полиолов [20]. ГЖХ выполняли на хроматографе Hewlett-Packard 4890А (США) с пламенноионизационным детектором и интегратором НР 3395А на капиллярной колонке ЯТХ-1 (30 м х 0,25 мм, Я^ек), газ-носитель - Не, в программе: от 175 °С (1 мин) до 250 °С (2 мин) со скоростью 3°/мин. Процентное содержание моносахаридов от суммарного содержания препарата вычисляли из площадей пиков, используя коэффициенты отклика детектора [20].
Общее содержание гликуроновых кислот определяли по реакции с 3,5-диметилфенолом в присутствии конц. Н28О4 [21] (калибровочный график построен для Б-галактуроновой кислоты); содержание белка - по методу Лоури [22] (калибровочный график для бычьего сывороточного альбумина). Все измерения проводили в трех аналитических повторностях и для расчетов использовали средние значения.
Спектрофотометрические измерения проводили на приборе иИгоБрес 3000 (Англия).
Наличие крахмала определяли с помощью йод-крахмального теста [23].
Все водные растворы концентрировали в вакууме при 40-45 °С, центрифугировали при 4000-6000xg в течение 10-20 мин, высушивали лиофильно (УМб, США).
Обсуждение результатов
Образцы древесной зелени пихты сибирской были собраны помесячно в Сыктывдинском районе Республики Коми (Россия). Низкомолекулярные примеси удаляли из предварительно измельченной древесной зелени этилацетатом и хлороформом. Полученный обезжиренный растительный материал использовали в качестве исходного сырья. С помощью метода последовательной экстракции [10], разработанного на основе ранее известных методик выделения пектинов и гемицеллюлоз [9, 24], из древесной зелени пихты был получен набор полисахаридов, входящих в состав пектина абиенана: при экстракции сырья водой при 70 °С - абиенан А81, при экстракции сырья водным раствором соляной кислоты (рН 4.0) при 70 °С -абиенан А82 и при экстракции сырья 0,7%-ным водным раствором (ЫН4)2С2О4Н2О при 70 °С - абиенан А83, а также набор гемицеллюлоз: при экстракции сырья 7,0%-ным водным раствором КОН при 25 °С -ГМЦ класса глюкуроноксилана А84 и при экстракции сырья 14,0%-ным водным раствором №ОН в присутствии 4,0%-ного водного раствора Н3ВО3 при 25 °С - ГМЦ класса галактоглюкоманнана А85.
Показано, что главными полисахаридами, выделенными из древесной зелени пихты, являются пектиновые полисахариды А81, А82 и гемицеллюлоза А84, максимальный выход которых составляет 3,0, 4,7 и 2,7% от сухого вещества соответственно (рисунок).
Структурные изменения, связанные с формированием и созреванием тканей хвои, сопровождаются изменением направленности биохимических процессов в растении, в частности динамики содержания углеводов. В результате исследования динамики накопления полисахаридов в древесной зелени пихты установлено, что максимальное содержание абиенана наблюдается в мае, июле, ноябре и январе (рисунок).
У хвойных в период развития побегов отмечаются существенные изменения в составе углеводов, что свидетельствует о тесной связи углеводного обмена с ростовыми процессами. Известно, что переход хвойных растений к летней вегетации сопровождается быстрым накоплением углеводов в хвое вследствие интенсивного фотосинтеза [4, 6].
Выход пектина, выделенного из древесной зелени пихты на этапе почечного развития (май), достигает 3,0-4,0% (рисунок). В период внепочечного роста (к концу второй декады июня) на фоне активных ростовых процессов хвоя удлиняется почти в два раза, наблюдается расходование углеводов [4]. Выход пектина, полученного из древесной зелени пихты в это время, снижается до 1%. После увеличения линейных размеров начинается этап формирования зрелой хвои, характеризующийся возрастанием ее биомассы [4]. В этот период (вторая декада июля) отмечается увеличение выхода пектина до 5,0%.
-АЭ1
-АЭ2 лез --
--Ав4
Месяц — АЭ5
Годовая динамика выхода пектиновых полисахаридов Л81, Л82, Л83 и гемицеллюлоз Л84, Л85, выделенных из древесной зелени пихты сибирской
Максимальное содержание ГМЦ класса глюкуроноксилана в древесной зелени пихты наблюдается в феврале-марте, июне-июле и ноябре. Часть периодов максимального содержания гемицеллюлозы Л84 совпадает с периодами минимального содержания пектина в древесной зелени пихты (рисунок). Известно, что весной, во время усиления интенсивности роста молодых побегов, в хвое начинается гидролиз крахмала, и часть ассимилянтов, по-видимому, включается в лабильные гемицеллюлозы [6]. Вероятно, вследствие этого с апреля по июнь отмечается увеличение выхода гемицеллюлозы Л84 до 2,2% (рисунок).
Ранней осенью, в сентябре-октябре, по мере окончания вегетации выход пектина и ГМЦ класса глюкуроноксилана, выделенных из древесной зелени пихты, снижается до 1,7 и 0,5% соответственно (рисунок).
По мере затухания и прекращения ростовых процессов к осенне-зимнему периоду в хвое происходит постепенное накопление углеводов, что является одним из важных условий подготовки растения к зиме [4, 6, 12]. В ноябре выход пектина, выделенного из древесной зелени пихты, возрастает до 4,0%, ГМЦ класса глюкуроноксилана - до 2,7% (рисунок).
Зимний период характеризуется переходом древесных растений в состояние покоя [12]. В период «органического» и «глубокого» покоя (сентябрь-декабрь) изменения в углеводном обмене обусловлены в первую очередь физиологическим состоянием самого дерева, т.е. влиянием эндогенных факторов. С переходом в состояние «вынужденного» покоя (декабрь-февраль) усиливается воздействие внешних факторов, таких как свет и температура. На фоне сокращения светлого времени суток резкое снижение температуры воздуха приводит к полному подавлению процессов фотосинтеза [6]. Вероятно, поэтому в данный период наблюдается сокращение содержания исследуемых полисахаридов в древесной зелени пихты. Так, в период «вынужденного» покоя выход ГМЦ Л84, выделенной из древесной зелени пихты, снижается до 1,0% (декабрь-январь), выход пектина - до 1,7% (февраль).
Подобная динамика отмечалась ранее для водорастворимых углеводов хвои ели европейской [11, 13] и для водорастворимых полисахаридов хвои ели сибирской [4].
При изучении моносахаридного состава абиенана в зависимости от времени года установлено, что в состав углеводных цепей пектиновых полисахаридов Л81 и Л82 входят главным образом остатки галакту-роновой кислоты, галактозы, арабинозы и рамнозы (табл. 1, 2). В абиенане Л81 содержание остатков ара-бинозы практически не зависит от времени сбора (15,0-16,0%). Максимальное количество остатков галактозы в абиенане Л81 наблюдается в зимний и весенний периоды (10,0-12,0%), минимальное - в летний (до 8,0%) (табл. 1).
В абиенане Л82 максимальное содержание остатков галактозы, арабинозы и рамнозы наблюдается в январе и составляет 16,7, 9,7 и 3,9% соответственно. В весенне-летний период происходит снижение содержания остатков галактозы и арабинозы до 5,7 и 3,3% соответственно (табл. 2).
Таблица 1. Годовая динамика моносахаридного состава и содержания белка в образцах абиенана Л81
Месяц Содержание, % **
Белок ГалК Рам Ара Кси Ман Глю Гал
I 16,0 50,0 2,6 15,0 0,3 2,3 1,7 12,3
II 14,0 37,0 2,0 15,5 0,5 2,7 2,0 12,2
III 14,0 43,0 2,2 16,0 0,5 3,4 2,5 13,3
IV 10,5 53,0 2,6 16,0 0,4 3,5 3,6 10,4
V 13,5 36,6 1,9 16,0 0,4 4,3 8,8 8,7
VI 5,0 52,8 3,1 16,0 0,4 5,1 7,5 9,8
VII 5,0 60,0 1,7 15,0 0,4 3,6 7,0 7,3
IX 5,0 61,1 3,3 15,0 0,5 2,1 3,1 8,5
X 9,1 56,0 2,0 15,0 0,4 3,6 5,8 7,0
XI 26,0 37,5 2,9 15,1 0,4 3,3 3,3 11,1
XII 14,0 49,0 2,7 15,5 0,4 2,9 2,1 10,0
Примечание. ГалК - галактуроновая кислота; Рам - рамноза; ** - весовые проценты.
Таблица 2. Годовая динамика моносахаридного состава и содержания белка в образцах абиенана Л82
Месяц Содержание, % **
Белок ГалК Рам Ара Кси Ман Глю Гал
I 5,5 53,8 3,9 9,7 0,5 4,8 4,4 16,7
III 12,7 56,0 2,5 4,7 0,5 4,5 3,8 8,7
IV 11,7 52,3 2,9 2,9 0,8 7,5 12,2 8,9
V 3,8 37,0 3,5 2,5 0,6 3,5 39,7 7,0
VI 2,4 25,5 2,7 4,3 0,5 5,3 53,0 6,5
VII 2,8 33,0 2,1 3,3 0,5 4,3 48,0 5,7
IX 3,7 62,4 3,8 4,8 1,2 5,8 10,0 8,1
X 3,5 69,0 1,8 5,7 0,2 3,2 9,3 7,0
XI 7,7 50,0 3,1 8,7 0,7 6,0 3,9 10,5
XII 6,5 57,3 3,6 8,5 0,7 3,9 3,8 9,1
Примечание. ГалК - галактуроновая кислота; Рам - рамноза; ** - весовые проценты.
В образцах абиенана Л81 и Л82, выделенных из древесной зелени пихты сибирской, собранной в весенне-летний период (май-июль), содержание остатков глюкозы достигает 9,0 и 53,0% соответственно. Согласно результатам реакции с йодом [18] в данных образцах присутствует крахмал. Вероятно, накопление крахмала в период вегетации связано с высокой фотосинтетической деятельностью хвои [6, 7]. Максимум содержания крахмала в хвое ели также приходится на период интенсивного роста побегов [2, 6, 12]. В осенне-зимний период резервные полисахариды расходуются с целью повышения морозоустойчивости растения [6, 7]. В образцах абиенана, выделенных из древесной зелени пихты, собранной в осенне-зимний период, крахмал не обнаружен.
Главными компонентами углеводной цепи пектиновых полисахаридов Л81 и Л82 являются остатки галактуроновой кислоты. Максимальное содержание ее остатков в абиенане Л81 составляет в среднем 58% (июнь-октябрь), в абиенане Л82 - 65% (сентябрь-октябрь). Минимальное количество остатков галактуроновой кислоты в абиенане Л81 - 37% (февраль, май), в абиенане Л82 - 25-37% (май-июль) (табл. 1, 2).
Таким образом, согласно проведенному анализу пектиновые полисахариды Л81 и Л82 имеют близкий моносахаридный состав.
При ферментативной обработке абиенанов Л81 и Л82 1,4-а-Б-полигалакгуроназой происходит расщепление углеводных цепей полисахаридов, которое сопровождается образованием свободной галактуроновой кислоты. Ее присутствие в гидролизатах полисахаридов установлено методом БХ. Это указывает на наличие в углеводной цепи полисахаридов Л81 и Л82 1,4-связанных остатков а-Б-галактуроновой кислоты, составляющих главную углеводную цепь пектинов.
Таким образом, в результате последовательной экстракции древесной зелени A. sibirica водой и водным раствором соляной кислоты (рН 4) выделен пектин абиенан Л8.
Пектиновый полисахарид Л83, полученный при экстракции древесной зелени раствором щавелевокислого аммония, является минорным по выходу и составляет 0,4-0,8% (рисунок). В углеводную цепь полисахарида Л83 входят остатки галактуроновой кислоты (52,0%), галактозы (6,2%), арабинозы (3,8%), маннозы (3,6%), рамнозы (3,1%). Образцы Л83 содержат до 8% белка.
Таблица 3. Годовая динамика моносахаридного состава и содержания белка в образцах гемицеллюлозы Л84
Месяц Содержание, % **
Белок ГлиК Рам Ара Кси Ман Глю Гал
I 14,00 14,50 1,60 4,50 20,80 3,30 16,80 9,70
II 24,00 14,40 1,60 5,30 16,40 3,30 14,00 8,50
III 20,00 15,00 2,00 5,10 20,00 4,30 14,10 9,54
IV 23,00 10,00 2,00 3,60 22,00 4,60 14,80 8,60
V 13,00 10,00 2,40 2,00 21,50 5,70 33,30 9,90
VI 12,00 15,00 3,00 2,00 16,00 5,80 36,00 10,00
VII 10,00 10,80 2,00 1,70 17,70 5,30 35,50 9,40
IX 15,00 12,80 2,70 4,50 21,70 4,50 27,40 11,40
X 13,00 12,80 1,60 4,30 21,30 4,50 29,00 12,90
XI 28,00 12,50 1,30 4,50 22,80 3,70 14,10 8,30
XII 38,00 8,00 1,60 5,30 16,40 3,30 13,70 8,50
Примечание. ГлиК - гликуроновая кислота; Рам - рамноза; ** - весовые проценты.
Известно, что белковый обмен играет исключительно важную роль в адаптации растений к неблагоприятным факторам внешней среды. Процесс приспособления растений к низким температурам характеризуется накоплением большого количества белковых веществ [6]. Выделение полисахаридов из древесной зелени пихты сопровождается экстракцией сопутствующего белка, количество которого в полученных образцах заметно меняется в течение года (табл. 1, 2). Максимальное содержание белка в образцах абиенана наблюдается в зимне-весенний период (Л81 11-16%, Л82 6-13%) и в ноябре (Л81 26%), минимальное -в летний (Л81 5,0%, Л82 2,4%) - период интенсивного роста побегов.
Аналогичная динамика накопления белка ранее установлена в хвое Pinus silvestris, Picea obovata, Larix sibirica в условиях Средней Сибири [12].
При изучении моносахаридного состава ГМЦ Л84 в зависимости от времени года установлено, что главными компонентами углеводной цепи полисахарида являются остатки ксилозы и гликуроновой кислоты (табл. 3). Содержание остатков ксилозы в ГМЦ Л84 варьирует в течение всего исследуемого периода от 16 до 23%. Максимальное содержание остатков гликуроновой кислоты (до 15%) наблюдается в ГМЦ Л84, выделенной из древесной зелени пихты, собранной с января по март. В ГМЦ Л84, полученной из древесной зелени пихты, собранной с мая по июль, содержание остатков глюкозы достигает 36%. В данных образцах Л84, согласно результатам реакции с йодом [18], присутствует крахмал. Максимальное содержание белка отмечается в образцах Л84, выделенных из древесной зелени пихты, собранной в осенне-зимний период (до 38%), минимальное - в летний (до 10%) (табл. 3).
Гемицеллюлозы класса галактоглюкоманнана, полученные при экстракции древесной зелени пихты водным раствором щелочи №ОИ в присутствии борной кислоты, являются минорными по выходу и составляют 0,4-1,2% (рисунок). В углеводной цепи ГМЦ Л85 обнаружены остатки маннозы (25,0%), гликуроновой кислоты (21,0%), галактозы (5,6%) и глюкозы (9,2%). Образцы Л85 содержат до 25,0% белка.
Для исследования биологической активности полисахаридов, выделенных из древесной зелени пихты, было изучено влияние пектиновых полисахаридов Л81, Л82 и гемицеллюлозы Л84 на всхожесть и скорость прорастания семян, роста проростков и корней пшеницы мягкой Triticum aestivum Ь. сорта «Иргина».
Наибольшее ростостимулирующее влияние оказывают абиенан Л81 и ГМЦ Л84. Семена, обработанные растворами данных полисахаридов, прорастают уже на вторые сутки после начала инкубации (табл. 4). Скорость роста проростков пшеницы при обработке семян растворами полисахаридов Л81 и Л84 выше в среднем в два раза по сравнению с контролем. Максимальный эффект действия полисахаридов Л81 и Л84 на рост проростков пшеницы наблюдается с 8-х по 16-е сутки проращивания семян (табл. 4).
Скорость роста корневой системы пшеницы при обработке растворами полисахаридов Л81 и Л84 выше в среднем в 1,7 раза по сравнению с контролем (табл. 4). Образец абиенана Л82 оказывает незначительное влияние на скорость прорастания семян пшеницы. Вероятно, различное воздействие полисахаридов, выделенных из древесной зелени пихты, на прорастание и развитие семян пшеницы мягкой связано с особенностями строения исследуемых растительных полисахаридов.
Таблица 4. Влияние полисахаридов, выделенных из древесной зелени пихты сибирской, на всхожесть и скорость прорастания семян Triticum aestivum Ь.
Полисахарид Всхожесть семян, % Средняя длина корня, мм Средняя длина проростка, мм
2 сут. 4 сут. б сут. S сут. 1б сут. 2 сут. 4 сут. б сут. S сут. 1б сут.
AS1 90 11+S 33+7 б2+19 70+20 145+4S 3+3 2S+10 42+9 б0+19 150+59
AS2 S5 10+7 2S+5 50+17 б5+17 105+40 2+2 20+9 35+12 49+19 100+4S
AS4 95 12+S 33+7 б3+17 75+17 159+31 3+3 27+10 45+7 б3+1 S 16S+42
Контроль 70 7+7 21+5 41+15 5S+1S S9+39 2+2 19+9 29+10 45+15 S0+39
Выводы
Содержание пектина и гемицеллюлоз в древесной зелени пихты сибирской зависит от интенсивности ростовых и экспортных процессов, происходящих в растении в зависимости от его сезонного развития. Для каждого из полисахаридов характерна индивидуальная динамика в годичном цикле. Это, видимо, связано со специфическими функциями, выполняемыми ими, и с различными метаболическими циклами, в которых они участвуют.
Исследование моносахаридного состава и содержания белка в образцах абиенана в течение года показало, что биосинтез полноценного пектина происходит в сентябре-октябре. В этот период повышается содержание остатков галактуроновой кислоты, снижается содержание остатков глюкозы и сопутствующего белка.
При изучении моносахаридного состава и содержания белка в ГМЦ AS4 установлено, что оптимальным временем сбора древесной зелени пихты для выделения гемицеллюлозы AS4 является период с ноября по март, поскольку в это время снижается содержание остатков глюкозы.
Поэтому при выборе времени сбора древесной зелени пихты сибирской для выделения полноценных полисахаридов необходимо учитывать индивидуальную динамику накопления и расходования каждого полисахарида в годичном цикле.
Таким образом, установлено, что оптимальным временем сбора древесной зелени пихты для выделения пектина является осенний период, гемицеллюлоз - зимне-весенний.
Список литературы
1. Козина Л.В. Метаболизм фотоассимилятов и передвижение веществ у хвойных. Владивосток, 1995. 126 с.
2. Левин Э.Д., Репях С.М. Переработка древесной зелени. М., 1984. 117 с.
3. Барабаш Н.Д., Чупрова Н.А., Репях С.М. Углеводы хвои сосны // Лесной журнал. 1983. №3. С. 124-126.
4. Робакидзе Е.А. Динамика углеводов в хвое ели сибирской в зависимости от экологических факторов : авто-реф. дис. ... канд. биол. наук. Сыктывкар, 2001. 24 с.
5. Шарков В.И., Куйбина Н.И. Химия гемицеллюлоз. М., 1972. 440 с.
6. Новицкая Ю.Е., Чикина П.Ф., Софронова Г.И., Габукова В.В., Макаревский М.Ф. Физиолого-биохимические основы роста и адаптации сосны на Севере. Л., 1985. 156 с.
7. Новицкая Ю.Е. Физиолого-биохимические исследования сосны на Севере. Петрозаводск, 1978. 135 с.
8. Оводова Р.Г., Кушникова Е.А., Попов С.В., Бушнева О.А. Выделение, характеристика и физиологическая активность полисахаридов из хвои // Проблемы химии древесины и лесохимии : тр. Коми НЦ УрО РАН. Сыктывкар, 1997. С. 15-21.
9. Carek P., Kubackova M., Alfoldi J., Bilisics L., Liskova D., Kakoniova D. Galactoglucomannan from the secondary cell wall of Picea abies L. Karst // Carbohydr. Res. 2000. V. 329. Pp. 635-645.
10. Макарова Е.Н., Бушнева О.А., Демин В.А. Моносахаридный состав полисахаридов древесной зелени пихты (Abies sibirica) // Химия и технология растительных веществ : тр. Коми НЦ УрО РАН. Сыктывкар, 2005. С. 49-59.
11. Пелевина Н.И. Особенности углеводного обмена в культурах ели // Восстановление и защита леса на площадях избыточного увлажнения / под ред. А.И. Стратонович и др. Л., 1974. С. 139-145.
12. Судачкова Н.Е. Метаболизм хвойных и формирование древесины. Новосибирск, 1977. 228 с.
13. Васильев С.Н., Кушникова Е.А., Артемина Н.А. Динамика содержания экстрактивных веществ в древесной зелени Picea abies L. Karst // Растительные ресурсы. 2001. Т. 1. С. 49-59.
14. Каверзина Л.Н. Динамика углеводов в хвое пихты сибирской, поврежденной сибирским шелкопрядом и большим черным усачом // Метаболизм хвойных в связи с периодичностью их роста / под ред. Л.А. Севериной. Киев, 1973. С. 104-125.
15. Манаков В.А., Ляндрес Г.В., Шпаков А.Я., Черняева Г.Н. Утилизация древесной зелени и коры пихты сибирской // Лесная промышленность. 1986. №7. С. 14-17.
16. Козлова Л.П., Кукина Т.П., Малыхин Е.В., Покровский Л.М., Попов С.А., Сальникова О.И., Чибиряев А.М. Фракционирование и химический состав легколетучих соединений эфирного экстракта древесной зелени пихты // Химия растительного сырья. 2005. №1. С. 19-24.
17. Dubois M., Qilles K.A., Hamilton J.K., Rebers P.A., Smith F. Colorimetric method for determination of sugars and related substances // Analyt. Chem. V. 28. Pp. 350-356.
18. Nelson N. A photometric adaptation of the Somogyi method for the determination of glucose // J. Biol. Chem. 1944. V. 153. Pp. 375-380.
19. Елькина Е.А., Шубаков А.А., Оводов Ю.С. Влияние растительных полисахаридов на скорость прорастания семян Lycopersicon esculentum M. и Cucumis sativus L. // Химия растительного сырья. 2002. №2. С. 105-109.
20. York W.S., Darvill A.G., McNeil M.A., Stevenson T.T., Albercheim P. Isolation and characterization of plant cell walls and cell-wall components // Methods Enzymol. 1985. V. 118. Pp. 3-40.
21. Usov A.I., Bilan M.I., Klochkova N.G. Polysaccharide ciomposition of several calcareous red algae: Isolation of alginate from corallina pilutitara // Bot. Marina. 1995. V. 38. Pp. 43-51.
22. Lowry O.H., Rosebrough N.J., Farr A.L., Randall R.J. Protein measurement with the Folin phenol reagent // J. Biol. Chem. 1951. V. 193. Pp. 265-275.
23. Peat S., Turkey J.R., Evans J.M. The structure of floridean starch. Part II. Enzymic hydrolysis and other studies // J. Chem. Soc. 1959. Pp. 3341-3344.
24. Бушнева О.А., Оводова Р.Г., Мишарина Е.А. Силенаны - полисахариды смолевки обыкновенной (Silene vulgaris) // Химия растительного сырья. 1999. №1. С. 27-32.
Поступило в редакцию 10 января 2011 г.
После переработки 18 апреля 2011 г.
