Адаптация галофитов литорали к условиям приморских территорий Белого моря: участие жирнокислотного состава липидов
- 作者: Марковская Е.Ф.1, Зорина А.А.1, Гуляева Е.Н.2, Стародубцева А.А.1, Кособрюхов А.А.3
-
隶属关系:
- Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования “Петрозаводский государственный университет”
- Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр “Карельский научный центр Российской академии наук”
- Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр “Пущинский научный центр биологических исследований”
- 期: 卷 71, 编号 1 (2024)
- 页面: 51-58
- 栏目: ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СТАТЬИ
- URL: https://ogarev-online.ru/0015-3303/article/view/262207
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0015330324010091
- EDN: https://elibrary.ru/NVPHNR
- ID: 262207
如何引用文章
全文:
详细
Исследовали состав жирных кислот (ЖК) у четырех видов доминантных облигатных галофитов: триостренника морского Triglochin maritima, подорожника морского Plantago maritima, астры солончаковой Tripolium pannonicum subsp. tripolium и млечника морского Lysimachia maritima, произрастающих в разных условиях заливания на литорали Белого моря. Установлено, что содержание суммарных ЖК варьировало от 13 до 22 мг/г а.с.в с максимальными значениями у L. maritima и минимальными у P. maritima. Все виды имеют высокие значения содержания ННЖК (74–77%), индекса двойных связей (1.6–1.8) и значимый вклад триеновых ЖК (45–55%). Установлено высокое разнообразие длинноцепочечных ЖК (С20–24) – 14 ЖК. Этот анализ показал сходство всех галофитов по основным параметрам состава ЖК и высокую функциональную активность мембранных систем галофитов. Выделено два кластера видов с разным адаптивным ответом: в первый входят P. maritima, Triglochin maritima и Tripolium pannonicum, во второй – L. maritima. Cопоставление данных по двум кластерам показало, что имеются ЖК, которые участвуют в адаптации всех видов С18:3(n-3), С16:0, С18:2(n-6) и ЖК, различающиеся по кластерам. Для видов первого кластера 1 ЖК – С20:4(n-4), а для второго кластера – 4 ЖК: С18:1(n-9), С18:3(n-4), С20:1(n-9) и С22:0. Выявленные различия могут быть связаны с разными путями адаптаций галофитов двух кластеров к условиям литорали.
全文:
Сокращения: ПОЦ – приливно-отливной цикл; ЖК-состав – жирнокислотный состав; НЖК – насыщенные жирные кислоты; ННЖК – ненасыщенные жирные кислоты; ДЦЖК – жирные кислоты с длинной цепью (С20–24); ИДС – индекс двойных связей; SDR – стеароил-десатуразное отношение; ODR – олеил-десатуразное отношение; LDR – линолеил-десатуразное отношение; ИФ – интенсивность фотосинтеза.
ВВЕДЕНИЕ
Галофиты, произрастающие на приморских экотопах, являются важнейшим компонентом прибрежных морских экосистем в разных климатических зонах [1, 2]. На приморской территории Белого моря флора насчитывает около 100 видов, из которых в условиях действия приливно-отливного цикла (ПОЦ) на средней литорали произрастают порядка 10 видов [3, 4].
Условия литорали характеризуются сложным сочетанием природно-климатических условий, которые формируются под влиянием циркадной и лунной ритмики и рассматриваются как экстремальные [5]. ПОЦ на литорали обуславливает смену водной (полное затопление) и воздушной (полное осушение территории) сред дважды в сутки, что влечет за собой изменение жизненно важных факторов среды: глубины затопления, интенсивности и спектрального состава света, температуры, влажности, механического давления, уровня засоления, содержания доступного кислорода, углекислого газа и др. [6–8]. Растительность приморских территорий в условиях ПОЦ высокоспецифична и адаптирована к суточному и сезонному варьированию факторов среды [6, 8]. Эти отличия связаны с особенностями морфолого-анатомических, физиолого-биохимических и молекулярно-генетических механизмов адаптации, которые в известной нам литературе для северных Голарктических морей остаются слабо изученными.
Считается, что в условиях приморских территорий наиболее экстремальными факторами для произрастания растений на литорали в условиях ПОЦ являются засоление и гипоксия. Имеется большое количество работ по механизмам солеустойчивости галофитов [1, 7, 9], но исследования устойчивости растений в условиях ПОЦ единичны. Солеустойчивость галофитов рассматривается как комбинированное свойство, которое формируется только в условиях соленой воды и обеспечивает устойчивость к гипоксии [10]. Большое внимание уделяется негативному влиянию гипоксии и постгипоксического синдрома на рост, продуктивность и распространение растений в естественных условиях действия ПОЦ на литорали. Резкая смена факторов среды во время динамики ПОЦ приводит к изменению газового состава тканей растений (увеличение содержания этилена, оксида азота) и увеличению образования АФК [11]. Этилен координирует сигнальные пути для облегчения морфологических и анатомических изменений, включая образование аэренхимы [12], и препятствует закрытию устьиц в присутствии АБК [13], что обеспечивает поддержание подводного фотосинтеза. Наличие открытых устьиц у галофитов литорали Белого моря при затоплении во время ПОЦ в условиях круглосуточной освещенности показано в работе [14].
Из метаболических систем особый интерес вызывают липиды, которые повсеместно участвуют в регуляции реакции растений на гипоксию и постгипоксическую реоксигенацию [15]. Жизненно важным компонентом метаболома растений галофитов является ЖК-состав липидов как структурная основа мембран и энергетический резерв растительных клеток [5]. Липиды рассматриваются как участники передачи сигналов в реакции растений на биотический и абиотический стрессы [15–17]. Так, в реакции растений на действие ПОЦ активируются липидоопосредованные сигнальные каскады, обеспечивающие поддержание устойчивости в нестабильных условиях среды. Работы по ЖК-составу липидов и их функциональной активности у высших сосудистых растений приморских территорий северных Голарктических морей отсутствуют.
Цель работы – выявление ЖК-состава общих липидов и исследование его вклада в адаптацию доминантных облигатных галофитов Белого моря по градиенту затопления к условиям литорали эстуарной части р. Кереть.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Район исследования. Работы проводились в 2019 – 2020 гг. на Карельском берегу Кандалакшского залива Белого моря в окрестностях поселка Кереть в приливном эстуарии реки Кереть (66°17ʹ33ʺ с. ш., 33°35ʹ28ʺ в. д.), представляющем собой бухту ковшового типа. Это характерная для Белого моря акватория со сложным рельефом дна и усиленным гидродинамическим режимом, который во многом определяется приливно-отливной динамикой. Средняя величина приливов от 2 до 3.5 м; соленость вод залива во время прилива понижается на литорали до 20–22‰, а вблизи устья – до 3–12‰ [3].
Район исследования располагается в умеренном поясе и относится к зоне тайги, подзоне средней тайги. Климат умеренно-континентальный с чертами морского. Лето короткое и прохладное, зима длинная и теплая. Безморозный период длится с конца мая до конца августа, вегетационный период составляет 109–119 дней. Погода в течение года имеет неустойчивый характер и отличается избыточным увлажнением, в среднем за год выпадает 550–650 мм осадков. Средняя температура воздуха летом составляет 13–14°С, воды – 14–15°С. Влажность воздуха в летние месяцы изменяется в пределах 66–72%. В регионе в течение двух летних месяцев (июнь, июль) отмечается полярный день (Архив погоды, https://world-weather.ru/pogoda/russia/keret/sunrise/).
В период взятия проб температура воздуха составляла 13–15°С с максимальными значениями +21°С. Соленость воды в местах исследования составила около 7‰, почвы – около 15‰. Температура воды во время прилива на средней литорали составила 15°С, а на верхней литорали – 18°С.
Объекты исследования. Работа выполнена на четырех видах доминантных облигатных галофитов:
Lysimachia maritima (L.) Galasso, Banfi & Oldano (синоним Glaux maritima) – млечник морской, семейство Primulaceae, класс Magnoliopsida. Многолетнее корневищное растение слабо ветвистое высотой 10–15 см. Циркумбореальный вид [3].
Plantago maritima – подорожник морской, семейство Plantaginaceae, класс Magnoliopsida. Циркумбореальный вид [3].
Tripolium pannonicum subsp. tripolium (L.) Greuter (синонимы Aster tripolium, Tripolium vulgare) – астра солончаковая, семейство Asteraceae. класс Magnoliopsida. Бореальный евроазиатский вид [3].
Triglochin maritima L. – триостренник морской, семейство Juncaginaceae, класс Liliopsida. Плюризональный циркумполярный вид [3].
Латинские название видов приведены по World flora online Plant List (https://wfoplantlist.org/plant-list).
Все перечисленные виды подвергаются глубокому затоплению, но разной продолжительности в зависимости от места их произрастания. Млечник морской растет на верхней литорали и время его заливания составляет около 50 мин в ПОЦ, а триостренник, подорожник, астра растут на средней литорали и залиты около трех часов в ПОЦ.
Методы исследования. Сбор проб выполнен в ритмике ПОЦ после отлива, когда все опытные растения находились в наземно-воздушной среде. Для исследования липидов были отделены листья со средней части стебля (розетки) с 4–8 опытных растений каждого вида и получены суммарные пробы листьев. Для каждого вида из суммарной пробы были взяты по две биологические пробы, которые анализировали в трех повторностях. Суммарные пробы листьев каждого вида фиксировали жидким азотом с последующим лиофильным высушиванием. Исследование ЖК-состава суммарных липидов проводили в аналитической лаборатории Института леса КарНЦ РАН по стандартной методике [18]. Для определения состава липидов растительный материал фиксировали в термостате при температуре 110°С в течение 30 мин. Такую пробоподготовку выполняли для инактивации гидролитических ферментов, расщепляющих или трансформирующих нативные глицеролипиды при гомогенизации. Суммарные липиды экстрагировали смесью хлороформа и метанола в соотношении 2 : 1. Определение ЖК-состава проводили хроматографическим методом на газожидкостном хроматографе “Хроматэк-Кристалл-5000.1” (Россия) при следующих условиях: капиллярная колонка HP INNOWAX (30 м; 0.32 мм); температура колонки, испарителя, пламенно-ионизационного детектора – 205, 240 и 260°С соответственно; газ-носитель – азот; скорость пропускания через колонку азота, водорода, воздуха – 50, 40, 400 мл/мин соответственно. Идентификацию ЖК-состава осуществляли по стандартным образцам (Supelko, 37 компонентов), для определения ЖК проводили сравнение по времени удерживания стандартных образцов и табличных данных [19]. Определение количественного содержания ЖК осуществляли методом внутреннего стандарта (в качестве стандарта – маргариновая кислота), выражали в мкг/г а.с.в. и пересчитывали в %.
Индекс двойных связей (ИДС), коэффициент ненасыщенных жирных кислот (К), активность ацил-липидных мембранных десатураз (n-9 – SDR, n-12 – ODR, n-3 – LDR) рассчитывали по формулам, приведенным в статье [20].
Статистическая обработка выполнялась в среде Microsoft Excel, STATGRAPHICS Plus 5.0 и бесплатном пакете PAST v3.17. Кластерный анализ [21] использовался для выявления сходства четырех видов галофитов, а метод главных компонент – для объяснения причин разной реакции видов на экстремальные условия среды и для выявления роли ЖК-липидов в структурно-функциональной адаптации галофитов к условиям приливно-отливной зоны приморских сообществ Белого моря. В основе расчетов лежат исходные количественные данные (мкг/г а.с.в.) по ЖК суммарных липидов, для подтверждения результатов применения методов многомерной статистики проводилось 500 итераций бутстрепинга [22].
В таблицах приведены для каждого вида средние арифметические значения из двух биологических и трех аналитических повторностей и их стандартные ошибки (n ≥ 3). Для оценки достоверности различий использовали непараметрические критерии (критерий Уилксона-Манна-Уитни, Колмогорова-Смирнова или Пирсона). Статистически значимыми считали различия при Р < или ≤ 0.05.
РЕЗУЛЬТАТЫ
Общее содержание ЖК у исследованных галофитов изменялось в диапазоне от 13.2 мг/г а.с.в. у подорожника до 21.7 мг/г а.с.в. у млечника. В состав липидов у исследованных видов входило 29 ЖК с длиной углеродных цепей от 16 до 24: С16 ряда – 8 ЖК, С18 – 7 ЖК, С20 – 7 ЖК, С22 – 6 ЖК, С24 – 1 вид ЖК. Наименее разнообразный состав оказался у астры – 23 ЖК, а у остальных по 26 ЖК.
Суммарное содержание насыщенных ЖК (НЖК) у приморских галофитов находилось в диапазоне от 22.6% у астры до 25.9% у подорожника (табл. 1). Основной НЖК у изученных видов является пальмитиновая (С16:0), содержание которой изменялось в диапазоне 18.3–19.9%. У всех галофитов в составе НЖК отмечены и другие кислоты: стеариновая (С18:0) с содержанием 2.4–3.7% и группа насыщенных жирных кислот с длинной цепью (ДЦЖК): арахиновая (С20:0) – 0.3–1.0%, бегеновая (С22:0) – 0.3–0.7%, лигноцериновая (С24:0) – 0.9–1.4%.
Группа ненасыщенных ЖК (ННЖК) различалась по числу двойных связей (моно – тетраеновые); их суммарное содержание составило 76.5 у триостренника, 77.4 у астры, 74.9 у млечника и 74.1% у подорожника. Большая доля от общего числа ЖК приходилась на ННЖК С18-ряда: у триостренника – 66.3, у астры – 69.1, у млечника – 63.3 и подорожника – 69%. У изученных видов идентифицированы моноеновые (4.0–8.3%), диеновые (10.9–17.6%), триеновые (44.6–54.9%), тетраеновые (2.9–6.9%) ЖК. Среди моноеновых доминировала группа n-9 ЖК: С18:1(n-9), C20:1(n-9) и C22:1(n-9). Преобладала олеиновая кислота (С18:1(n-9)), содержание которой составило 3.3 у триостренника, 2.9 у астры, 4.9 у млечника и 3.6% у подорожника. Содержание С16:1(n-7) составило у триостренника 1.1, у астры 1.0, у млечника 2.4, у подорожника – 1.4%. Из семейства n-6 диеновых ЖК у всех видов доминировала линолевая кислота С18:2(n-6), ее содержание изменялось между видами от 12.0% у астры до 13.9% у млечника. Наибольший процент содержания ЖК приходился на триеновые ЖК. Среди них были обнаружены три ЖК: С16:3(n-6), С18:3(n-6) и С18:3(n-3). На долю α-линоленовой кислоты С18:3(n-3) приходилось у астры 54.2%, триостренника 50.1% и подорожника 50.3%, а у млечника несколько ниже – 43.7%.
Таблица 1. Состав жирных кислот (ЖК) суммарных липидов (% от суммы) у галофитов литорали
ЖК | Triglochin maritima | Tripolium pannonicum | Plantago maritima | Lysimachia maritima |
С16:0 | 18.3 | 18.3 | 19.4 | 19.9 |
С16:1(n-7) | 0.4 | 0.3 | 0.5 | 1.4 |
С16:1(n-5) | 0.6 | 0.7 | 0.9 | 1.1 |
С16:2(n-9) | 0.5 | <0.1 | <0.1 | 0.2 |
С16:3(n-7) | сл | – | <0.1 | 0.2 |
С16:3(n-6) | 0.5 | 0.5 | 0.4 | 0.4 |
С16:3(n-4) | сл | <0.1 | <0.1 | 0.2 |
С16:3(n-3) | 0.7 | – | – | – |
С18:0 | 3.2 | 2.4 | 3.5 | 3.7 |
С18:1(n-9) | 3.3 | 2.9 | 3.6 | 4.9 |
С18:1(n-7) | 0.1 | – | 0.3 | 0.8 |
С18:2(n-6) | 12.8 | 12.0 | 8.0 | 13.9 |
С18:3(n-6) | 0.1 | 0.1 | <0.1 | 0.1 |
С18:3(n-4) | 0.3 | 0.2 | 0.2 | 0.7 |
С18:3(n-3) | 49.7 | 54.0 | 50.1 | 43.0 |
С20:0 | 0.3 | 0.5 | 1.0 | 0.3 |
С20:1(n-9) | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.2 |
С20:2(n-9) | 1.6 | 0.5 | 0.7 | 1.5 |
С20:2(n-6) | – | 0.1 | – | <0.1 |
С20:2(n-3) | 0.1 | – | – | – |
С20:3(n-3) | <0.1 | 0.2 | <0.1 | <0.1 |
С20:4(n-4) | 4.3 | 3.0 | 6.6 | 2.8 |
С22:0 | 0.7 | 0.4 | 0.6 | 0.3 |
С22:1(n-9) | <0.1 | – | <0.1 | – |
С22:2(n-9) | 0.4 | 2.1 | 0.2 | 1.5 |
С22:2(n-4) | 0.7 | 0.8 | 1.9 | 1.9 |
С22:2(n-3) | 0.2 | <0.1 | 0.3 | 0.1 |
С22:4(n-4) | 0.2 | – | 0.3 | 0.1 |
С24:0 | 0.9 | 1.0 | 1.4 | 0.9 |
Примечание: в таблице приведены средние значения, сл. – следовые количества, прочерк – не обнаружены в составе.
Одной из особенностей исследованных галофитов литорали Белого моря является большое разнообразие ДЦЖК. Так, у исследованных растений были выявлены 14 ДЦЖК, три из которых входят в группу НЖК: арахиновая (С20:0), бегеновая (С22:0) и лигноцериновая (С24:0) кислоты. Длинноцепочечные ННЖК галофитов Белого моря включают 11 видов ЖК с большим разнообразием положения двойных связей внутри групп: С20:1(n-9); С20:2(n-3, n-6, n-9); С20:3(n-3); С20:4(n-4); С22:1(n-9), С22:2(n-3), (n-4, n-9); С22:4(n-4). Суммарное содержание ДЦЖК составило у триостренника 9.7%, у астры – 8.8%, у млечника – 9.8% и у подорожника – 13.3%.
Таблица 2. Индекс двойной связи и активность десатураз у исследованных видов
Вид | ИДС | SDR | ODR | LDR |
Triglochin maritima | 1.81 | 0.49 | 0.81 | 0.69 |
Tripolium pannonicum | 1.76 | 0.56 | 0.76 | 0.66 |
Plantago maritima | 1.71 | 0.50 | 0.72 | 0.78 |
Lisimachia maritima | 1.63 | 0.60 | 0.73 | 0.63 |
Примечание: ИДС – индекс двойных связей, SDR – стеароил-десатуразное отношение, ODR – олеил-десатуразное отношение, LDR – линолеил-десатуразное отношение.
Рис. 1. Дендрограмма сходства видов по составу жирных кислот суммарных липидов у галофитов (подорожник – Pant., триостенник – Trig., астра – Aster, млечник – Lys.), полученная методом ближайшего соседа по матрице нормированных евклидовых дистанций с нанесенными оценками бутстреп-вероятностей ветвей; пунктиром разделены кластеры растений с доверительной вероятностью > 95%.
Известно, что ЖК придают клеточным мембранам текучесть, необходимую для поддержания их структурного и функционального состояния. Свойства мембран зависят от соотношения насыщенных и ненасыщенных ЖК [23]. Для оценки их состояния использовали индекс двойной связи (ИДС). По величине его значения виды различались незначительно (1.6–1.81) (табл. 2). Степень ненасыщенности ЖК определяется функционированием десатураз. Расчет активности ацил-липидных n-9 (SDR), n-12 (ODR), n-3 (LDR) десатураз показал, что различия для SDR между видами составили 17%, для ODR 11%, а для LDR – около 20%. Можно отметить более высокие значения активности фермента SDR для млечника, ODR у триостренника, а LDR – для подорожника (табл. 2).
Для установления достоверности сходства растений по составу общих ЖК был проведен кластерный анализ, в результате которого выделено два кластера галофитов, отличающихся с доверительной вероятностью >95% (рис. 1). В первый кластер вошли три вида – подорожник, триостренник и астра, а во второй – млечник. Для трактовки дифференциации растений в зависимости от ЖК-состава липидов был использован метод главных компонент и сравнение направления изменчивости содержания и состава ЖК. Выделилось две компоненты: первая имеет большую дисперсию (от 94 до 98%); на вторую компоненту приходятся только от 1 до 4%. Так, для подорожника на первую главную компоненту приходилось 96% изменчивости (PC1 = 96%, PC2 = 3%); для триостенника 96% (PC1 = 96%, PC2 = 3%); для астры 98% (PC1 = 98%, PC2 = 1%); для млечника 94% (PC1 = 94%, PC2 = 4%). Проведенный анализ содержания ЖК у видов-галофитов первого кластера (подорожник, астра, триостренник) показал, что наиболее значимый вклад в их адаптацию достигается увеличением количества таких ЖК, как С18:3(n-3), С16:0, и за счет изменения соотношения С18:2(n-6) и С20:4(n-4). Галофит второго кластера (млечник) адаптируется за счет повышения содержания С18:3(n-3), С18:2(n-6), С16:0 и количественной нестабильности С18:1(n-9), С18:3(n-4), С20:1(n-9) и С22:0. Если в общую адаптацию видов первого кластера включено четыре ЖК, то у вида второго кластера – семь ЖК.
Сопоставление полученных данных по двум кластерам показало, что в адаптации всех галофитов в условиях литорали участвуют три ЖК – С18:3(n-3), С16:0, С18:2(n-6), которые, по-видимому, и определяют основное направление адаптации, связанное с поддержанием текучести мембранных систем растений в функционально активном состоянии в динамической среде литорали. А такие ЖК, как С20:4(n-4) у первого кластера и ЖК C18:1(n-3), С18:3(n-4), С20:1(n-9), С22:0 у второго кластера – определяют различия в путях адаптации [24], что и приводит к разному положению галофитов по градиенту условий на литорали. Кластерный и компонентный анализы показали, что виды двух групп имеют разные адаптационные механизмы, основанные на участии ЖК-состава липидов.
ОБСУЖДЕНИЕ
Исследование состава и количества ЖК у четырех видов литорали показало высокие и сходные значения содержание ННЖК, ИДС, α-линоленовой и линолевой кислот (60–70% от общей суммы), что свидетельствует об успешности адаптации галофитов к условиям литорали и подтверждается данными литературы [23, 24]. Сравнение всех исследованных галофитов показало их большо́е сходство по доминантным ЖК и расчетным показателям их активности, что может быть связано с большой специфичностью, экстремальностью и уникальностью этих условий и, как следствие, с однотипной реакцией показателей липидного метаболизма у разных видов независимо от их биологии и происхождения и времени появления на этой территории [2–4]. Особенностью видов приморских территорий Белого моря является высокое содержание и разнообразие ДЦЖК у всех галофитов, что сходно с видами побережий более южных морей [5] и также подтверждает важность этой группы ЖК и специфичность территории. Из литературных источников известно, что отношение линоленовой к линолевой ЖК С18:3(n-3)/С18:2(n-6) рассматривается как показатель нормального развития растений, и оно должно быть не менее 2, как было показано на ячмене [25]. Исследованные галофиты имели значения этого показателя от 3.1 до 6.2, что может свидетельствовать об успешности их произрастания на литорали и подтверждается не только прохождением всех этапов онтогенетического развития, но и успешным семеношением [2, 3].
Вместе с тем, использование математических методов показало, что изучаемые виды разошлись на два кластера с участием минорных ЖК и это может быть связано с разными условиями произрастания на литорали. Важно отметить, что все галофиты – наземные растения, адаптированные к нестабильным условиям литорали. Так, растения первого кластера более длительное время могут находиться в условиях водной среды, а второго кластера – наземно-воздушной.
Виды первого кластера испытывают длительное затопление (около трех часов в ПОЦ), недостаток СО2 и О2 и ингибирование фотосинтеза, для них характерно подключение минорной арахидоновой ЖК С20:4(n-4). Вклад этой ЖК может быть связан с повышением системной устойчивости растений к абиотическим и биотическим повреждающим факторам, в том числе к длительному заливанию [24]. Все галофиты первого кластера имеют большую биомассу, чем растения второго кластера.
Млечник, вид второго кластера, галофит верхней литорали, криногалофит, испытывает кратковременное (около 50 мин в ПОЦ), но полное заливание, а все остальное время находится в условиях наземно-воздушной среды и длительной освещенности в полярный день, занимая узкий экотоп на стыке сред [2, 3]. И в этих условия отмечается активное включение в метаболизм повышенного содержания четырех ЖК: С18:1(n-3), С18:3(n-4), С20:1(n-9), С22:0. Так, участие олеиновой ЖК С18:1(n-9) может быть связано с активизацией системы сигналинга. Кроме того, олеиновая ЖК С18:1(n-9) совместно с ЖК С22:0 может принимать участие в формировании системной устойчивости организма. Гондоиновая ЖК С20:1(n-9) служит источником синтеза биологически активных веществ [26], которые также могут увеличивать устойчивость. Ранее было показано [27], что условия обитания вида второго кластера, млечника морского, на стыке литорали и сублиторали являются крайне неблагоприятными и растение имеет среди галофитов максимальные значения ИФ (38.7 ± 0.6 мкмоль CO2 м–2с–1) и минимальные значения накопления биомассы (0.7 ± 0.1 г), что свидетельствует о его неблагоприятном энергетическом балансе, который тратится в большей степени на системы поддержания, а не на увеличение массы [26–28]. Важно отметить, что млечник морской в условиях Беломорского побережья находится на границе ареала вида [3]. Виды первого класса различаются по величине ИФ (от 36.9 ± 1.1 до 8.4 ± 1.2 мкмоль CO2 м–2с–1), но их биомасса за вегетацию составила (от 34.8 ± 10.0 до 8.7 ± 2.1 г), что свидетельствует о более высоких величинах накопления массы и, соответственно, высокой энергетической эффективности работы фотосинтетического аппарата растений [27, 28].
Проведенные исследования показали, что в составе доминантных ЖК липидов у исследованных галофитов основная роль отводится С18:3(n-3), С16:0, С18:2(n-6), которые обеспечивают их адаптацию по градиенту условий на средней и верхней литорали. Однако в этом процессе участвуют минорные ЖК, которые различаются у видов первого кластера С20:4(n-4) и видов второго кластера (С18:1(n-3), С18:3(n-4), С20:1(n-9), С22:0). Считаем, что степень неблагоприятности условий для галофитов литорали может быть связана не только с полным заливанием (триостренник, астра и подорожник), но и с длительным периодом нахождения растений в условиях воздушной среды (млечник). Можно отметить факт уменьшения количества ЖК у видов первого кластера, участвующих в адаптации, что связано с более благоприятными условиями жизнедеятельности. На растениях Арктики было показано, что при сходных показателях функциональной активности ЖК-состава липидов у редких локально адаптированных видов флоры Шпицбергена отмечалось увеличение числа ЖК и снижение эффективности работы фотосинтетического аппарата растений [29].
Следует отметить, что фактор заливания в ритме ПОЦ в естественных условиях произрастания растений на литорали и фактор длительного затопления растений в природе, в частности, ранней весной, принципиально различаются. В результате длительной эволюции для галофитов в естественных условиях жизни на литорали периодическое кратковременное заливание – это условие жизни организма в ритмике ПОЦ, к которому они по-разному, но адаптированы. Экстремальность условий для млечника на литорали в большей степени связана, по-видимому, с краем его географического ареала в условиях Субарктики.
Настоящая статья не содержит каких-либо исследований с участием людей и животных в качестве объектов.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
作者简介
Е. Марковская
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования “Петрозаводский государственный университет”
编辑信件的主要联系方式.
Email: volev10@mail.ru
俄罗斯联邦, Петрозаводск
А. Зорина
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования “Петрозаводский государственный университет”
Email: volev10@mail.ru
俄罗斯联邦, Петрозаводск
Е. Гуляева
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр “Карельский научный центр Российской академии наук”
Email: volev10@mail.ru
俄罗斯联邦, Петрозаводск
А. Стародубцева
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования “Петрозаводский государственный университет”
Email: volev10@mail.ru
俄罗斯联邦, Петрозаводск
А. Кособрюхов
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр “Пущинский научный центр биологических исследований”
Email: volev10@mail.ru
Институт фундаментальных проблем биологии Российской академии наук
俄罗斯联邦, Пущино参考
- Flowers T.J., Colmer T.D., Plant salt tolerance: adaptations in halophytes // Ann. Bot. 2015. V. 115. Р. 327. https://doi.org/10.1093/aob/mcu267
- Марковская Е.Ф., Сергиенко Л.А., Шкляревич Г.А., Сонина А.В., Стародубцева А.А., Смолькова О.В. Природный комплекс побережий Белого моря. Петрозаводск: Изд-во ПетрГУ, 2010. 85 с.
- Заславская Н.В. Флора и растительность засоленных приморских экотопов Западного побережья Белого моря. Дис. … канд. биол. наук. Петрозаводск. 2007,193 с.
- Сергиенко Л.А. Флора и растительность побережий Российской Арктики и сопредельных территорий. Петрозаводск: ПетрГУ, 2008. 225 с.
- Kim Y.A., Um Y.-R., Lee J.-I., Kim H.-J., Lim S.-Y., Nam T.-J., Seo Y.-W. Comparative studies on the fatty acid compositions of the Korean salt marsh plants in the West Sea // Korean J. Biotechnol. Bioeng. 2009. V. 24. P. 521.
- Touchette B.W. Seagrass-salinity interactions: Physiological mechanisms used by submersed marine angiosperms for a life at sea // JEMBE. 2007. V. 350. P. 194. https://doi.org/10.1016/j.jembe.2007.05.037
- Touchette B.W., Smith G.A., Rhodes K.L., Poole M. Tolerance and avoidance: Two contrasting physiological responses to salt stress in mature marsh halophytes Juncus roemerianus Scheele and Spartina alterniflora Loisel // JEMBE. 2009. V. 380. P. 106. https://doi.org/10.1016/j.jembe.2009.08.015
- Rasool S.G., Siddiqui H., Hameed A., Hussain T., Aziz I., Khan A., Gulzar S. Temporal variations in water and ion relations in coastal halophytes // Sabkha Ecosystems. Tasks for Vegetation Science. 2019. V. 49. P. 447. https://doi.org/10.1007/978-3-030-04417-6_27
- Иванищев В.В. О механизмах солеустойчивости растений и специфики влияния засоления // Изв. ТулГУ. Естественные науки. 2019. Т 4. С. 76.
- Keiffer C.H., McCarthy B.C., Ungar I.A. Effect of salinity and waterlogging on growth and survival of Salicornia europaea L., an inland halophyte // Ohio J. Sci. 1994. V 94. P. 70.
- Voesenek L.A.C.J., Bailey-Serres J. Flood adaptive traits and processes: an overview // New Phytol. 2015. V. 206. P. 57. https://doi.org/10.1111/nph.13209
- Joshi R., Kumar P. Lysigenous aerenchyma formation involves non-apoptotic programmed cell death in rice (Oryza sativa L.) roots // Physiol. Mol. Biol. Plants. 2012. V. 18. P. 1. https://doi.org/10.1007/s12298-011-0093-3
- Yeung E., van Veen H., Vashisht D., Sobral Paiva A.L., Hummel M., Rankenberg T., Steffens B., Steffen-Heins A., Sauter M., de Vries M., Schuurink R.C., Bazin J., Bailey-Serres J., Voesenek L.A.C.J., Sasidharan R. A stress recovery signaling network for enhanced flooding tolerance in Arabidopsis thaliana // PNAS. 2018. V. 115. P. E6085. https://doi.org/10.1073/pnas.1803841115
- Markovskaya E.F., Gulyaeva E.N. Role of stomata in adaptation of Plantago maritima L. plants to tidal dynamics on the White Sea coast. // Russ. J. Plant. Physiol. 2020. V. 67. P. 68. https://doi.org/10.1134/S1021443719060086
- Xie L.-J., Zhou Y., Chen Q.-F., Xiao S. New insights into the role of lipids in plant hypoxia responses // Prog. Lipid Res. 2021. V. 81. P. 1. https://doi.org/10.1016/j.plipres.2020.101072
- Wang X. Lipid signaling // Curr. Opin. Plant Biol. 2004. V. 7. P. 329. https://doi.org/10.1016/j.pbi.2004.03.012
- Lung S.-C., Chye M.-L. Arabidopsis acyl-CoA-binding proteins regulate the synthesis of lipid signals // New Phytol. 2019. V. 223. P. 113. https://doi.org/10.1111/nph.15707
- Шуляковская Т.А., Ильинова М.К., Карелина Т.В. Липидный состав тканей ствола Betula pendula и B. pendula var. carelica (Betulaceae) // Растительные ресурсы. 2014. Т. 50. С. 94.
- Jamieson G.R. GLC identification techniques for long-chain unsaturated fatty acids //J. Chromatogr. Sci. 1975. V. 13. P. 491.
- Алаудинова Е.В., Миронов П.В. Липиды меристем лесообразующих хвойных пород Центральной Сибири в условиях низкотемпературной адаптации. 2. Особенности метаболизма жирных кислот фосфолипидов меристем Larix sibirica Ledeb., Picea obovata L. и Pinus sylvestris L. // Химия растительного сырья. 2009. Т. 2. С. 71.
- Коросов А.В. Специальные методы биометрии. Петрозаводск: Изд-во ПетрГУ, 2007. 363 с.
- Шитиков В.К., Розенберг Г.С. Рандомизация и бутстреп: статистический анализ в биологии и экологии с использованием R. Тольятти: Кассандра, 2013. 314 с.
- Лось Д.А. Десатуразы жирных кислот. М.: Научный мир, 2014. 372 с.
- Zhukov A.V. Very long-chain fatty acids in composition of plant membrane lipids. // Russ. J. Plant. Physiol. 2018. V. 65. P. 784. https://doi.org/10.1134/S1021443718050187
- Laskay G., Lehoczki E. Correlation between linolenic-acid deficiency in chloroplast membrane lipids and decreasing photosynthetic activity in barley // Biochim. Diophys. Acta. 1986. V. 849. P. 77. https://doi.org/10.1016/0005-2728(86)90098-8
- Upchurch R.G. Fatty acid unsaturation, mobilization, and regulation in the response of plants to stress // Biotechnol. Lett. 2008. V. 30. P. 967. https://doi.org/10.1007/s10529-008-9639-z
- Markovskaya1 E.F, Gulyaeva E.N., Kosobryukhov A.A., Morozova K.V, Sergienko L.A. Structural and functional features of the leaves of the dominant plants in the tidal zone of the White Sea // Plant Archives. 2017. V. 17. P. 1685.
- Нuoto B., Yao J., Montgomery B.L., He S.Y. Growth-defense tradeoffs in plants: a balancing act to optimize fitness // Mol. Plant. 2014. V. 7. P. 1267. https://doi.org/10.1093/mp/ssu049
- Марковская Е.Ф., Розенцвет О.А., Шмакова Н.Ю., Зорина А.А., Ильинова М.А. Участие липидов в адаптации высших сосудистых растений к условиям Западного Шпицбергена // Журн. общ. биол. 2021. Т. 82. С. 419. https://doi.org/10.31857/S0044459621060063
补充文件
