Публикация научных статей.
Вход на сайт
E-mail:
Пароль:
Запомнить
Регистрация/
Забыли пароль?
Международный научно-исследовательский журнал публикации ВАК
Научные направления
Поделиться:
Статья опубликована в №21 (май) 2015
Разделы: Биотехнологии
Размещена 06.04.2015. Последняя правка: 08.04.2015.

ИНГИБИРОВАНИЕ ФЕНОЛЬНЫХ СОЕДИНЕНИЙ СОРГО САХАРНОГО IN VITRO

Сторожик Лариса Ивановна

кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник

Институт биоэнергетических культур и сахарной свеклы Национальной академии аграрных наук Украины

Заведующая сектором семеноводства биоэнергетических культур

Виктория Ивановна Войтовская, к.с.-х.н., заведующая сектором семеноводства свичграса; Татьяна Николаевна Недяк, научный сотрудник отдела генетики и цитологии Институт биоэнергетических культур и сахарной свеклы Национальной академииаграрных наук Украины


Аннотация:
В статье обсуждается роль фенольных соединений сорго сахарного и возможности их ингибирование in vitro. Установлено, что изученные антиоксиданты уменьшали размер фенольных пятен на всех этапах клонирования, микроразмножения, а также при депонировании и укоренении растений сорго сахарного. Представлен оптимизированный и модифицированный состав питательной среды с использованием антиоксидантов различных концентраций для депонирования растений.


Abstract:
The role of phenolic compounds of sweet sorghum and possibilities of their inhibition in vitro is discuses in the article. It was established that the research antioxidant sis reduced the size of phenolic stains at all stages of cloning, microreproduction, and also as well as depositing and rooted of sweet sorghum plants. The optimized and modified composition of nutrient medium with antioxidants of different concentrations use for plants storage is presented.


Ключевые слова:
размер фенольных пятен; антиоксиданты; питательная среда; депонирование; укоренение.

Keywords:
size of phenolic stains; antioxidants; nutrient medium; storage; rooting.


УДК 573.6:581.143.6:635 

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время особую актуальность имеют исследования по разработке методов сохранения растений, ареалы и численность которых резко снижается, а также для уникальных форм, сортов и генотипов, расширяющих и улучшающих сортимент возделываемых культур  [9]. Применение современных методов вегетативного размножения, таких как клональное микроразмножение, оправдано и экономически эффективно [10]. Использование методов размножения in vitro является оптимальным решением задачи как для размножения растений с нарушенным процессом воспроизводства, так и для массового размножения ценных генотипов растений  [3,4].  Таким образом, при решении задачи сохранения, воспроизводства и рационального использования коллекционного фонда, особое значение приобретает вопрос всестороннего изучения биологических особенностей растений как исходной базы для репродукции, сочетающих в себе повышение их урожайности и качества продукции с повышенной устойчивостью к неблагоприятным биотическим и абиотическим факторам.  Среди полевых культу сорго выделяется своей высокой засухоустойчивостью и урожайностью. Одной из его особенностью есть фенольные соединения, которые выделяются растением при его начальном росте и развитии.

 Фенольные соединения имеют универсальное распространение в растительном мире. Они свойственны каждому растению и даже каждой растительной клетке. В настоящее время известно свыше двух тысяч природных фенольных соединений. На долю веществ этой группы приходится до 2 −3% массы органического вещества растений, а в некоторых случаях −до 10% и более. Фенолы обнаружены как в низших: грибах, мхах, лишайниках, водорослях, так и у высших: споровых (папоротниках, хвощах) и цветковых растениях. У высших растений − в листьях, цветках, плодах, подземных органах  [6,7].

Фенольные соединения играют важную роль в осуществлении некоторых промежуточных этапов процесса дыхания растений, являясь дыхательными пигментами. Они участвуют в окислительно-восстановительных реакциях и входят в состав некоторых ферментов, играя важную роль в фотосинтезе и оказывая влияние на синтез белков.

Также фенольные соединения проявляют сильное действие на рост растений, тормозя прорастание семян, удлинение стеблей и корней. В тоже время они обладают фитоцидными свойствами и обеспечивают иммунитет растений к грибной, а особенно, к бактериальной инфекции. Для снижения действия фенольного окисления in vitro целесообразно добавлять в питательную среду антиоксиданты.

Фенольные соединения — вещества ароматической природы, содержащие одну или несколько гидроксильных групп ароматического кольца [11]. Их классифицируют в зависимости от числа ароматических колец и количества присоединенных к ним атомов углерода и разделяют на три большие подгруппы: с одним и двумя ароматическими кольцами, а также полимерные фенольные соединения. Иногда в особую группу выделяют димерные фенольные соединения.

Фенольные соединения содержатся в растениях в виде гликозидов или в свободном состоянии, встречаются почти во всех растениях в количестве от 0,1 до 7%  [7].

В растениях фенольные соединения играют важную роль:

1. Они являются обязательными участниками всех метаболических процессов: дыхания, фотосинтеза, гликолиза, фосфорилирования.

 Исследованиями ученых − биохимиков установлено, что фенольные соединения − это «дыхательные хромогены», т.е. они участвуют в процессе клеточного дыхания. Эти соединения выступают в качестве переносчиков водорода на конечных этапах процесса дыхания, а затем вновь окисляются специфическими ферментами оксидазами.

2. Фенольные соединения являются регуляторами роста, развития и репродукции растений. При этом оказывают как стимулирующее, так и ингибирующее (замедляющее) действие.

3.Фенольные соединения используются растениями как энергетический материал, выполняют структурную, опорную и защитную функции (повышают устойчивость растений к грибковым заболеваниям, обладают антибиотическим и противовирусным действием)  [7, 5].Следует отметить, что фенольные соединения угнетают не только все ростовые процессы, но и приводят к гибели растения в целом.

Целью нашей работы была разработка состава питательной среды и подбор антиоксидантов и их концентраций при культивировании сорго сахарного in vitro.

Задачи исследований: установить размер фенольных пятен сорго сахарного гибридов Медовый и Нектарный;

- определить общее состояние растений сорго при культивировании сорго сахарного in vitro;

-установит влияние фенольных соединений на прирост количества дополнительных побегов и высоту растений сорго сахарного при использовании различных методов размножения in vitro;

- подобрать антиоксиданты для ингибирования фенольных соединений, которые выделяет сорго сахарное в питательную среду.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

 Исследования проводили в отделе генетики и цитологии Института биоэнергетических культур и сахарной свеклы Национальной  академии аграрных наук Украины.

Для исследований, в качестве объектов, использовали клонированные растения сорго сахарного −гибриды Медовый, Нектарный.

Агаризированную питательную среду использовали по прописи Мурасиге и Скуга с модификациями [8]. Антиоксиданты: аскорбиновую кислоту, активированный уголь и  диоксид кремния брали − в различных концентрациях.

 Материалы и инструменты, посуду, питательные среды готовили по общепринятым  методикам [2].

Клонированные и укорененные растения культивировали в термальных помещениях при температуре 24±2°С, освещении 3000−4000 лк, относительной влажности 65−70 % и фотопериоде–16 часов, депонирование при температуре 10±3°С, освещении 500 лк, относительной влажности 65−70 % и фотопериоде–16 часов.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЯ

Продукты окисления фенолов in vitro обычно ингибируют деление и рост клеток, что ведет к гибели как первичного экспланта, так и самого растения или к уменьшению способности тканей к регенерации адвентивных почек, а с возрастом растения-донора −постепенно исчезает полностью.

По результатах наших исследований  in vitro растения сорго сахарного выделяли фенольные соединения в питательную среду, которые имели различный химический состав и окраску. На всех этапах развития растений, выделение сорго фенольных соединений приводило к их угнетению и как следствие − к гибели клона. 

В наших исследованиях мы использовали культуральные растения гибрида сорго сахарного - Медовый, Нектарный, которые имеют фиолетовую и ярко желтую окраску фенольных соединений (рис. 1).  

 

 а) фенольные пятна феолетового цвета

 

б) фенольные пятна ярко желтого цвета

Рис. 1. Растения сорго сахарного с фенольными соединениями.

Следует отметить, что культуральные растения сорго сахарного выделяли фенольные соединения как при клональном микроразмножении, так и при депонировании и укоренении. В литературных источниках указано, что для ингибирования фенольных соединений возможно использование диоксида кремния, аскорбиновой кислоты, активированного угля в различных концентрациях [1].

В наших исследованиях, как контрольную, мы использовали агаризированную питательную среду по прописи Мурасиге и Скуга с модификациями, а в изучаемые варианты вводили антиоксиданты: активированный уголь, аскорбиновая кислота и диоксид кремния в разных концентрациях  от 1 до 4,6 г.

Установлено, что на средах, где применяли антиоксиданты улучшилось общее состояние растений сорго сахарного на всех этапах (клональное микроразмножение, укоренение, депонирование) (табл. 1).

В контрольном варианте общее состояние растений при клональном микроразмножении составляло 2,6 и 2,8 балла. На исследуемых вариантах от 2,7 до 3,7 балла; при укоренении на контрольном 3,2 −3,4 балла, а на исследуемых от 3,1 до 4,3 балла; при депонировании - контроль составлял 2,1 до 2,3 балла, а на исследуемых от 1 до 3,5 балла.

Результаты исследований показали, что независимо от выбранного антиоксиданта, диаметр фенольных пятен был меньше по сравнению с контрольным вариантом. Размер фенольных пятен при клональном микроразмножении в контрольном варианте достигал 1,2 и 1,5 см (рис. 2, 4),  а в исследуемых уменьшался до  0,3 - 1,1 см  (рис. 3, 5). 

Таблица 1 - Ингибирование фенольных соединений сахарного сорго при размножении in vitro

№ п/п

Вещество

Концентра-ция, г

Общее состояние растений, баллы

Диаметр фенольного пятна, см

Количество дополни-тельных побегов, шт.

Высота растений, см

Сф*

Сж**

Сф

Сж

Сф

Сж

Сф

Сж

Клональное микроразмножение

1

Контроль

-

2,6

2,8

1,2

1,5

3,7

4,5

4,4

4,3

2

Активированный уголь

1

3,7

3,1

1,1

0,3

2,6

4,6

5,2

4,5

3

Аскорбиновая кислота

1

3,3

2,8

0,7

1,5

2,3

5,8

4,3

3,7

4

Диоксид кремния

2,3

2,7

2,9

1,2

1,1

4,05

6,3

3,8

3,8

НіР0,05

 

 

 

0,4

1,1

1,6

1,7

1,3

0,6

Укоренение

1

Контроль

-

3,2

3,4

1,5

1,9

3,2

2,9

4,8

4,7

2

Активированный уголь

1

4,3

4,2

1,2

0,8

4,5

4,8

6,1

5,8

3

Аскорбиновая кислота

1

3,7

3,5

1,1

1,9

3,8

3,7

4,6

3,9

4

Диоксид кремния

2,3

3,1

3,4

1,5

1,3

4,3

5,2

4,5

3,7

НіР0,05

 

 

 

0,2

1,0

1,2

2,1

1,1

2,0

Депонирование

1

Контроль

-

2,1

2,3

1,2

1,6

2,5

3,2

7,8

7,7

2

Активированный уголь

2

3,5

3,2

1,2

0,6

2,1

4,2

8,3

8,1

3

Аскорбиновая кислота

2

2,9

1,9

0,8

1,8

1,7

5,3

7,6

6,8

4

Диоксид кремния

4,6

2,8

2,1

1,2

1,4

3,2

4,8

7,2

7,4

НіР0,05

 

 

 

0,4

1,0

1,3

1,9

1,0

1,2

                       

Примечание: Сф* – сорго сахарное с фиолетовым фенольным пятном;

 Сж**- сорго сахарное с желтым фенольным пятном.

Установлено, что активированный уголь и аскорбиновая кислота уменьшили размер фенольных пятен до 0,3 и 0,7 см. Следует отметить, что антиоксидант диоксид кремния незначительно уменьшал диаментр фиолетового фенольного пятна по отношению к контролю, а размер желтого пятна вообще не изменился в диаметре.

Рис 2. Фенольные соединения фиолетовый цвета сорго сахарного гибрида Медовый без применения антиоксидантов.

Рис 3.  Фенольные соединения фиолетовый цвета сорго сахарного гибрида Медовый с применением антиаксиданта активированный уголь.

При депонировании и укоренении растений сорго на контрольном варианте диаметр пятен составлял от 1,2 до 1,9  и от 1,2 до 1,6 см - соответственно. Тогда как на  исследуемых вариантах размер пятет был равен  контолю или уменьшался соответственно в среднем  на 0,4- 1,1 см  при депонировании и  на 0,3-1,1 см при укоренении.

Следует отметить, что антиоксидант диоксид кремния положительно влиял на увеличение количество дополнительных побегов растений сорго сахарного. Нами установлено, что при при клональном микроразмножении количество дополнительных побегов увеличилось на 0,3-1,8 шт.,  при депонировании – на 0,7-1,6 шт., при укоренении – на 1,1-2,3 шт. (смотри табл.. 1)

Рис 4. Фенольные соединения желтого цвета сорго сахарного гибрида Нектарный без применения антиоксидантов.

Рис 5. Фенольные соединения желтого цвета сорго сахарного гибрида Нектарный с применением антиоксиданта  активированный уголь.

Аскорбиновая кислота и активированный уголь не значительно увеличивали количесчтво побегов растений сорго.   При изучении антиоксидантов и их ингибирования фенольних соединений сорго in vitro, а также их влияния на  висоту растений, установлено, что незначительный прирост  (0,2-1,3 см) наблюдался при применеии активированного угля.

ВЫВОДЫ

1. Для ингибирования фенольных соединений, которые выделяет сорго сахарное в питательную среду Мурасиге и Скуга целесообразно вводить антиоксиданты активированный уголт или аскорбиновую кислоту.

2. Размер фенольных пятен был ниже на вариантах с активированным углем и аскорбиновой кислотой по сравнению с контрольным вариантом (1,2 и 1,5 см). Антиоксиданты, соответственно, снижали диаметр фенольных пятен при клональном микроразмножении – до 0,3 и 0,7 см; при депонировании – до 0, 6 и 0,8 см; при укоренении – до 0,8 и 1,1 см.

3. Антиоксидант диоксид кремния  существенно увеличивал   количество дополнительных побегов на 0,3 – 1,8 шт. - при клональном микроразмножении, на 1,1 – 2,3 - при укоренении и на 0,7-1,6  шт.  - при депонировании растений сорго сахарного. 

4. Разница в высоте растений сорго на контрольном и исследуемых вариантах была незначительной.

Библиографический список:

1. Багратишвши Д.Г., Запрометов М.Н. Бутенко Р.Г. Образование фенольных соединений в суспензионной культуре клеток чайного растения и влияние уровня нитрита и гормональных эффектов в питательной среде // Физиология растений. 1980. Т. 27. Вып. 2. С. 404
2. Бутенко Р.Г. Культура изолированных тканей и физиология морфогенеза растений. М.: Наука, 1964,- 271 С.
3. Бутенко Р.Г. Биология клеток высших растений in vitro и биотехнологии на их основе. М.: ФБК-ПРЕСС, 1999. 160с.
4. Высоцкий В. А. Биотехнологические методы в системе производства оздоровленного посадочного материала и селекции плодовых и ягодных растений: Автореф. дисер. д. с.-х. н. М., 1998. 44 с8.
5. Загоскина Н.В., Олениченко Н.А. Способность различных сортов пшеницы к образованию фенольных соединений // Прикладная биохимия и микробиология. 2005. Т. 41. №1. С. 113-116.
6. Куркин В.А., Запесочная Г.Г., Авдеева Е.В. Флавоноиды как стандартные вещества растений // Тезисы VI симпозиума по фенольным соединениям. Москва, 2004, -101 С.
7. Минаева В.Г. Флавоноиды в онтогенезе растений и их практическое использование. Новосибирск.: Наука, 1978. -255 С.
8. Мусієнко М.М., Панюта О.О. Біотехнологія рослин. Навчальний посібник. К.: Видавничо-поліграфічний центр «Київський університет», 2005. – 114 С.
9. Соловьева А.Е. Научные основы размножения ягодных культур в Западной Сибири : Дис. д. с.-х. н. Новосибирск, 2005. 24с.
10. Ruzic D., Lazic T. Micropropagation as means of rapid multiplication of newly developed blackberry and black current cultivars // Agric. Consp. Sci. 2006. V. 71, №4. P. 149-153.
11. Harborne J. B., Williams C.A. Advances in flavonoid research since 1992 // Phytochemistry. 2000. V. 55. P. 481-504.




Рецензии:

15.06.2015, 17:29 Чередничок Оксана Ивановна
Рецензия: В статье Сторожик Л.И. приведены результаты ингибирующего воздействия аскорбиновой кислоты, активированного угля, диоксида кремния на фенольные соединения, при культивировании сорго сахарного in vitro. Сорго- является ценной технической культурой выращиваемой в южных регионах, в областях с недостаточным увлажнением. Данная культура характеризуется устойчивостью к абиотическим факторам и широко используется в пищевой промышленности, в кормопроизводстве, и особенно перспективным является ее использование в целях биоэнергетики. К сожалению, биотехнологические, культуральные работы по данной культуре публикуется не часто. Поэтому, исходя из вышесказанного, представленная работа является актуальной. Автором в статье глубоко и детально проанализировано публикации и имеющиеся данные по культуре сорго сахарного. Дана оценка проблеме наличия у сорго полифенольных соединений и, особенно, повышенного количества конденсированных танинов. Исследования проведены с использованием классических широко применяемых методик, поэтому полученные данные и их оценка не вызывают сомнений. В результате проведенных исследований установлено, что на средах с применением аскорбиновой кислоты, активированного угля, диоксида кремния, наблюдали улучшение общего состояния растений на всех этапах (клональное микроразмножение, укоренение, депанирование). При этом, установлено уменьшение размеров фенольных пятен на всех варинтах при использовании аскорбиновой кислоты и активированного угля. Диоксид кремния хоть и оказывал воздействие на данный показатель в меньшей мере, все же значительно влиял на показатель – количество дополнительных побегов - 4,05-6,3 при контроле 3,7-4,5. Подобная корреляция прослеживается и при укоренении и депонировании. Воздействие исходных веществ на показатель «высота растений» было незначительным, прирост наблюдался при использовании активированного угля и был на уровне 0,2-1,3 см. В статье встречаются некоторые стилистические ошибки и опечатки: - в разделе «результаты и обсуждения» второй абзац фраза «по результатах….» требует корректировки. - в выводах первый пункт – опечатка в слове «уголь» Так же не совсем корректным является использование понятия антиоксидант к компоненту «активированный угль», скорее данный компонент является сорбентом. В целом, считаю, что материалы статьи являются актуальными, результаты и анализ представленных данных- корректными и могут быть опубликованы в открытой печати. Чередничок О.И.,к с.-х н. bono02@ua.fm

16.06.2015 20:20 Ответ на рецензию автора Сторожик Лариса Ивановна:
Оксана Ивановна! Большое спасибо за тщательную рецензию. Насчет термина антиоксидант или сорбент , был спор с соавторами. Мы соглашаемся, что сорбент более соответствует смыслу статьи. Со всеми Вашими замечаниями согласны. Ввели соответствующие правки в статью. Еще раз - спасибо!



Комментарии пользователей:

Оставить комментарий


 
 

Вверх