Вплив різних концентрацій іонів міді на розвиток рослин

Arabidopsis thaliana (L.) Heynh. в умовах in vitro

ДОЛІБА І.М., КУЗЬ І.В., ПАНЧУК І.І.

Чернівецький національний університет ім. Юрія Федьковича, кафедра молекулярної генетики та біотехнології вул. Коцюбинського, 2, м. Чернівці, 58012, Україна

Одним із стресових факторів довкілля є важкі метали (ВМ), які акумулюються в екосистемах переважно внаслідок антропогенної діяльності (Шемет, Феденко, 2005). Хоча деякі із ВМ в низьких концентраціях є необхідними елементами живлення та структурними компонентами рослинної клітини, у високих концентраціях вони призводять до порушення багатьох фізіологічних та біохімічних процесів. Проте в конкретних умовах рослини можуть адаптуватись до дії підвищених концентрацій ВМ (Гуральчук, 1994).

Важливим представником ВМ є мідь, фізіологічна активність якої пов’язана головним чином із включенням її до складу активних центрів ферментів (Hall, 2002). В рослинах цей елемент акумулюється в хлоропластах і тісно пов’язаний з процесами фотосинтезу (Hall, Lorraine, 2003). Проте мідь може проявляти і негативний вплив при накопиченні в тканинах рослин вище рівня оптимуму. Це, зокрема, пов’язано з тим, що мідь є перехідним металом і збільшення її рівня може призводити до збільшення в рослинній клітині концентрації гідроксил радикалу, який є високотоксичним (Wang et al, 2004). Метою даної роботи було визначити вплив різних концентрацій іонів міді на проростання насіння та ріст рослин модельної рослини Arabidopsis thaliana.

Для дослідження використовували насіння A. thaliana лінії Col 0. Стерильне насіння вирощували в чашках Петрі на поживному середовищі Мурасіге-Скуга, в яке додавали CuCl2 різної концентрації: 0; 0,1; 0,5; 2,5; 5,0 мМ. Насіння пророщували в умовах 16/8 годинного світлового дня та температури 19 °С.

В результаті наших експериментальних досліджень було виявлено, що на 10 добу росту рослин найнижча концентрація міді (0,1 мМ) стимулювала їх ріст, тоді як концентрація 0,5 мМ не проявляла такого ефекту і рослини за своїми параметрами росту наближалися до контрольних. В той же час високі (2,5 мМ) концентрації CuCl2 у середовищі пригнічували ріст рослин навіть на початкових етапах розвитку та спричиняли карликовість впродовж подальшого росту. Після 20-ї доби росту рослин навіть низькі концентрації міді інгібували ріст, що можливо пов’язано із накопиченням міді в надземній частині рослин. Показано, що концентрація 5 мМ CuCl2 у середовищі була летальною дозою для рослин A. thaliana, оскільки за таких умов насіння не проростало.

Отже, відмічено, що мідь проявляла як стимулюючу, так і інгібуючу дію на рослини A. thaliana в залежності від її концентрації, тривалості впливу та стадії розвитку рослин.

ЛІТЕРАТУРА

Гуральчук Ж.З. Механизмы устойчивости растений к тяжелым металлам //Физиология и биохимия культ. растений. – 1994. – 26, № 2. – С. 107-117.

Шемет С.А., Феденко В.С. Накопичення фенольних сполук у проростках кукурудзи за токсичної дії іонів кадмію // Физиология и биохимия культ. растений. – 2005. – 37, № 6. –

С. 505-511.

Hall J.L., Lorraine E. Transition metal transporters in plants // J. Exp. Bot. – 2003. – 54, N 393. – Р. 2601-2613.

Hall J.L. Cellular mechanisms for heavy metal detoxification // J. Exp. Bot. – 2002. – 53, N 366. – Р. 1-11.

Wang S.-H., Zhi-Min Yang, Hong Yang, Bo Lu, Shao-Qong Li. Copper-induced stress and antioxidative responses in roots of Brassica juncea L. // Bot. Bulletin Acad. Sinica. – 2004. – 45. – P. 203-212.

Динамика активности экзоглюканаз сапротрофных грибов

Irpex lacteus (Fr.) Fr. и Antrodia sinuosa (Fr.) P. Karst.

в зависимости от температуры культивирования изолятов

ДРЕВАЛЬ К.Г., БОЙКО С.М.

Донецкий национальный университет ул. Щорса, 46, г. Донецк, 83050, Украина e-mail: konstantin-ua@ukr.net

Биоконверсия возобновляемого растительного сырья в топливо, кормовые и пищевые продукты, полупродукты для химической и микробиологической промышленности рассматривается в настоящее время как одна из ключевых отраслей биотехнологии. Одно из направлений этой отрасли предусматривает способы превращения непищевого сырья с помощью ферментов и микроорганизмов для получения углеводов и биологически активных веществ (Селиванов, 2002). Не так давно была открыта возможность использования целлюлозосодержащих веществ как источника энергии. Основным его преимуществом является большая часть в биомассе планеты, которая к тому же постоянно возобновляется (Семичаевский, 1989). Одной из основных причин того, что процесс ферментативного гидролиза целлюлозы пока не удается перевести на промышленный уровень, является отсутствие высокопроизводительных и экономически эффективных технологий для ферментативного гидролиза, сопоставимых с уровнем аппаратов традиционной химической технологии (Рабинович, 2006).

Перед нами стояла задача определения влияния температуры культивирования на активность синтеза ферментов целюлозолитического комплекса дереворазрушающими грибами.

В качестве объектов исследовались 3 культуры высших дереворазрушающих сапротрофных грибов: K-1, I-6 Irpex lacteus (Fr.) Fr. и CS-1 Antrodia sinuosa (Fr.) P. Karst. Штаммы культивировались на питательной среде Чапека (V=50 мл) при температурах 24, 28, 32 и 36 °С. В качестве единственного источника углерода в питательную среду добавлялись опилки древесины абрикоса массой 15 мг. Данные измерялись на пятые, десятые, пятнадцатые и двадцатые сутки. Субстратом для измерения экзоглюканазной активности были диски фильтровальной бумаги (12 мг). Редуцирующие сахара определяли по методу Шомодьи-Нельсона. Содержание белка определя-

ли спектрофотометрически. Полученные данные обрабатывали статистически методом дисперсионного анализа.

Результаты исследований показали, что все культуры наиболее активно синтезировали экзоглюканазы при температуре культивирования 32 °С. Так, абсолютный максимум экзоглюканазной активности (ЭкА) был зафиксирован на пятые сутки культивирования для изолята K-1 I. lacteus (0,52±0,02 мг/мл). Максимальная ЭкА культуры I-6 I. lacteus составляла 0,40±0,02 мг/мл и также была зафиксирована на пятые сутки культивирования. ЭкА культуры CS-1 A. sinuosa была значительно меньше, по сравнению со значениями ЭкА двух других культур. Максимальное значение было зафиксировано на двадцатые сутки культивирования (0,07±0,01 мг/мл). Расчет удельной ЭкА подтвердил полученные результаты.

С целью выявления связи динамики ЭкА и некоторых характеристик культурального фильтрата исследуемых штаммов параллельно с определением ЭкА измерялись такие характеристики их культуральных фильтратов, как содержание белковых веществ, редуцирующих сахаров и изменение кислотности. Однако проведенный корелляционый анализ показал отсутствие какой-либо связи изменения этих параметров, что свидетельствует о невозможности использования таких характеристик культурального фильтрата сапротрофных грибов для предварительного определения ЭкА.

ЛИТЕРАТУРА

Рабинович М.Л. Производство этанола из целлюлозосодержащих материалов: потенциал российских разработок // Прикладная биохимия и микробиология. – 2006. – 42, вып. 1 –

С. 5-32.

Селиванов А.С. Стабильность ферментных препаратов в условиях, моделирующих распылительную сушку // Химия растительного сырья. – 2002. – № 2. – С. 121-127.

Семичаевский В.Д. Целлюлазы высших базидиальных грибов // Микология и фитопа-

тология. – 1989. – 23, вып. 6.

Продуктивность спирулины, накопление железа и хрома

вбиомассе при ее культивировании в присутствии координационных соединений Fe(III) и Cr(III)

1ЕЛЕНЧУК Д.И, 2ЗОСИМ Л.С., 1КИРИЯК Т.В., 2ЕФРЕМОВА Н.В., 2БИВОЛ Ч.М., 2ДЖУР С.В., 1БАТЫР Л.М., 1ОЛАН О.П., 2РОШКА С.А.,

2БУЛЬМАГА В.П., 1РУДИК В.Ф.

1Институт микробиологии и биотехнологии, АН Молдовы, лаб. «Фикобиотехнология» ул. Академическая, 1, г. Кишинев, MD 2028, Молдова

e-mail: microbioteh@yahoo.com

2Молдавский государственный институт, лаб. «Фикобиотехнология» ул. Матеевич, 60, г. Кишинев, MD 2008, Молдова

e-mail: bulimaga@mail.md

Микроводоросли и цианобактерии широко используются в исследованиях касающихся таких областей как экология, биотехнология, медицина, зоотехния, пищевая, фармацевтическая промышленность и др. Особая роль в данных исследованиях

принадлежит цианобактерии Spirulina platensis. Новое направление в биотехнологии связано с получением биомассы спирулины с высоким содержанием биоактивных веществ, используемых в дальнейшем в терапевтических целях.

Железо является одним из главных биоэлементов, участвующих в биохимических процессах в организме человека. Хром (III) в человеческом организме участвует в формировании фактора толерантности к глюкозе (GFT).

Культивирование спирулины в присутствии новых координационных соединений железа и хрома с целью получения биомассы, обогащенной железом и хромом, будет способствовать улучшению качества биомассы за счет увеличения содержания биоактивных принципов. Целью исследования являлось изучение продуктивности спирулины, а также накопления железа и хрома в биомассе при ее культивировании в присутствии координационных соединений Fe(III) и Cr(III).

Объект исследования – штамм цианобактерии S. platensis CNM-CB-02, хранящийся в Национальной Коллекции Непатогенных Микроорганизмов Института Микробиологии и Биотехнологии АН РМ. В качестве регуляторов продуктивности были использованы 6 координационных соединений Fe(III) и 4 координационных соедине-

ний Cr(III).

Максимальная продуктивность (увеличение на 23-42 % по сравнению с контролем) была отмечена при добавлении к среде комплексов [Fe2CoO(α-fur)6(THF)3], [Fe2MnO(α-fur)6(THF)3] и [Fe2ZnO(α-fur)6(THF)3] в концентрации 30 мг/л. Максималь-

ное содержание железа в биомассе спирулины составляло 1 % при ее культивировании в присутствии [Fe2MnO(α-fur)6(THF)3]. Самая высокая продуктивность спирулины (18-31 % по сравнению с контролем) была отмечена при использовании комплексов хрома в концентрации 30 мг/л. Максимальное накопление хрома (30 % АСБ) было отмечено при добавлении в среду культивирования спирулины [Cr(HSSA)]Cl2 х H2O в концентрации 30 мг/л. Исходя из полученных результатов, можно заключить, что ко-

ординационные соединения [Fe2ZnO(α-fur)6(THF)3] и [Fe2MnO(α-fur)6(THF)3] оказы-

вают максимальный эффект на продуктивность спирулины и накопление железа в биомассе, соответственно. Комплекс [Cr(HSSA)]2Cl х H2O также проявляет стимулирующее действие на продуктивность спирулины и накопление хрома в биомассе.

Исследование проведено в рамках проекта 08.819.0803F, финансируемого Высшим Советом по науке и технологическому развитию АН РМ.

Динамика накопления флавоноидов в корнях шлемника байкальского Scutellaria baicalensis Georgi.

ЗОРИКОВА С.П.

Горнотаежная станция ДВО РАН, лаборатория лекарственных растений ул. Солнечная, 4, п. Горнотаежное, Приморский край, 692533, Россия

Рациональное использование ресурсов растительного мира является косвенной формой его охраны. В связи с широким использованием шлемника байкальского Scutellaria baicalensis Georgi. в практике народной и официальной медицин, а так же с

ограниченностью сырьевой базы, возникла проблема сохранения этого вида и необходимость введения его в культуру.

Для установления оптимальных сроков заготовки растительного сырья агропопуляций шлемника байкальского необходимо было изучить динамику накопления флавоноидов в различные периоды вегетации растения. Образцы сырья собраны в мае-октябре 2008 г. в Хасанском районе Приморского края (агропопуляция). Анализ проводили на HPLС системе с использованием UV детекции на 275 нм, колонка C- 18,5 µ, 4,6 x 250 мм, (Phenomenex Luna), подвижные фазы, А: 0,1 % фосфорная кисло-

та, В: ацетонитрил. Хроматографический анализ сырья шлемника байкальского в период вегетации 2007 г. показал присутствие байкалина (мажорного флавоноида) в корнях в следующих количествах: фаза начала вегетации – 14,9 %; фаза цветения – 5,5 %; фаза начала плодоношения – 8,3 %. В период окончания вегетационного периода содержание байкалина достигало 10,8 %. Анализ полученных результатов показал, что в течение сезона сохраняются хроматографические профили и характерные спектральные отношения, что говорит о постоянстве качественного состава, хотя количественно характеристики изменяются. Максимальный процент содержания байкалина приходится на весенний период – начало вегетации. К началу цветения (июнь) количество мажорного флавоноида снижалось, что, видимо, обусловлено формированием генеративных побегов. В начальный осенний период в фазе формирования семян количество байкалина увеличивалось, но оно еще не достигало максимума, а в конце октября, к завершению вегетационного цикла, содержание его нарастало и приближалось к максимальным значениям. Приведенные данные свидетельствуют, что наибольшее количество суммы флавоноидов в корнях шлемника байкальского наблюдается в фазах начала и завершения вегетации, что позволяет рекомендовать сроки заготовки сырья либо поздней осенью, либо в начале вегетационного периода.

Координационные соединения Co(II) и Ni (II)

как стимуляторы процессов синтеза фикобилипротеинов у цианобактерии Spirulina platensis

1ЗОСИМ Л.С., 1ЕФРЕМОВА Н.В., 2ЕЛЕНЧУК Д.И., 1БИВОЛ Ч.М.,

1ДЖУР С.В., 2БАТЫР Л.М., 1БУЛЬМАГА В.П., 2КИРИЯК Т.В., 2ОЛАН О.П., 1ПОПОВСКИ Л.Г., 2РУДИК В.Ф., 1ГУЛЯ А.П.

1Молдавский государственный университет, лаб. «Фикобиотехнология» ул. Матеевич, 60, г. Кишинев, MD 2008, Молдова

e-mail: zosim_liliana@yahoo.fr

2Институтмикробиологии ибиотехнологии, Академия наук Молдовы, лаб. «Фикобиотехнология» ул. Академическая, 1, г. Кишинев, MD 2028, Молдова

e-mail: microbioteh@yahoo.com

В результате возрастания числа свободных радикалов в клетках живых организмов возникает явление окислительного стресса, ведущее к следующим последствиям: перекисное окисление липидов, разрушение молекул белка, нарушение структуры ДНК и инициация процессов мутагенеза и канцерогенеза. Основной линией за-

щиты от разрушительного воздействия свободных радикалов являются антиоксиданты. В последнее время внимание исследователей привлекли фикобилипротеины, водорастворимые пигменты, обладающие способностью нейтрализации негативных последствий окислительного стресса, характерной для большинства цианобактерий.

Объектом исследования являлась цианобактерия Spirulina platensis CNM-CB-02, хранящаяся в Национальной коллекции непатогенных микроорганизмов Института микробиологии и биотехнологии АНМ. Целью исследования являлось изучение накопления фикобилипротеинов в биомассе спирулины, культивируемой в присутствии координационные соединений Co(II) и Ni (II).

Вкачестве стимуляторов роста и биосинтетической активности цианобактерии S. platensis были использованы координационные соединений Co(II) с адипиновой кислотой или адипиновой кислотой и имидазолом, а также координационные соединения Ni (II) с яблочной кислотой или яблочной кислотой и имидазолом в качестве лигандов. Тестируемые металлокомплексы были синтезированы и любезно предоставлены сотрудниками лаборатории «Координационных соединений» под руководством заведующего кафедрой «Неорганической и физической химии» МолдГУ, членкорр. АНМ, проф. Аурелиана Гуля.

Входе сравнительного анализа было установлено, что влияние исследуемых координационных соединений Ni (II) и Co (II) на процессы синтеза фикобилипротеинов находится в зависимости от концентрации и природы комплексов. Результаты биохимических исследований показали, что накопление фикобилипротеинов в биомассе спирулины, культивируемой в присутствии координационных соединений Ni (II) в пределах концентраций 1-4 мг/л и Co (II) – 1-5 мг/л, превышало на 8-63 % значения контрольной пробы. Данный факт можно объяснить влиянием металла, входящего в состав координационного соединения. Известно, что никель и кобальт являются металлами, вызывающими явление окислительного стресса, ответной реакцией на который может служить увеличение синтеза фикобилипротеинов (веществ, проявляющих антиоксидантные свойства.

Самое высокое содержание фикобилипротеинов(18 % и 19 % от сухой биомассы соответственно) было достигнуто при использовании комплекса Ni (II) с яблочной кислотой в концентрации 3 мг/л и Co (II) с адипиновой кислотой в концентрации 5 мг/л. Таким образом, проведенные исследования показали, что координационные соединения никеля и кобальта в пределах исследуемых концентраций могут быть рекомендованы в качестве стимуляторов синтеза фикобилипротеинов.

Исследование проведено в рамках проекта 09.819.18.02A, финансируемого Высшим советом по науке и технологическому развитию АН РМ.

12* Актуальні проблеми ботаніки та екології