Біосинтез аскорбінової кислоти листям ячменю в атмосфері азоту

Біосинтез аскорбінової кислоти листям ячменю в атмосфері азоту

Г.М. Чупахіна, Н.Ф. Теплицька (Калінінградський державний університет)

Збільшення вмісту аскорбінової кислоти (АК) у рослинах на світлі зв'язується деякими дослідниками з процесом фотосинтезу [1, 2]. На думку інших авторів [3, 4, 5], цей зв'язок непряма і АК не відноситься до числа прямих продуктів фотосинтезу. Так, Шопфер [6] вказує, що підвищення вмісту АК на світлі обумовлено системою фітохрома та участь фотосинтезу в цьому процесі не виявлено. Безпосереднє дію світла в процесі біосинтезу АК підкреслюється в цілому ряді робіт [7, 8, 9].

З метою вирішення питання про наявність зв'язку біосинтезу АК з процесом фотосинтезу нами досліджувалася можливість утворення двох форм АК - відновленої і окисленої листям проростків ячменю на світлі в атмосфері азоту, тобто в умовах, що виключають протікання фотосинтезу.

Об'єкт і методи

Об'єктом дослідження служили 7-8-денні паростки ячменю (Hordeum vulgare L.) сорту "Майя". Листя досвідчених рослин містилися на розчини в камери з органічного скла, які заповнювалися азотом, очищеною від домішок інших газів. Система очищення складалася з розпечених мідних стружок, лужного розчину Пірогалол, сухих гранул калійної луги і концентрованої сірчаної кислоти, остання використовувалася для уловлювання парів вологи. Під час досвіду циркуляція азоту через камери здійснювалася за допомогою мікрокомпрессора МК-2. Рослини висвітлювалися світлом ламп ЛДЦ-40 інтенсивністю 17 тис. ерг/см2с. Кількісне зміст відновленої і окисленої форм аскорбінової кислоти визначалося шляхом титрування рослинних витяжок 2,6-діхлорфеноліндофенолом до і після відновлення дегідроаскорбінової кислоти сірководнем. Окислена форма АК визначалася за різницею цих титрування [10, с.88-91]. Отримані дані оброблені статистично.

Результати та обговорення

В дослідах використовувалися паростки ячменю, попередньо витримані у темряві близько 40 годин. Це знижувало рівень АК, а в подальшому після перенесення проростків на світ сприяло більш активному її біосинтезу. Оскільки в цих умовах поновлюється процес фотосинтезу, можна було припустити, що існує прямий зв'язок між фотосинтезом і біосинтезу АК. Однак у наших дослідах відзначено активну накопичення відновленої форми АК в освітлених листках ячменю, що знаходяться на екзогенних субстратах в атмосфері азоту, тобто в середовищі, що виключає перебіг фотосинтезу. Так, за 8 годин досвіду (табл. 1) кількість відновленої АК у листі, що знаходяться на 0,005 М розчині глюкози в атмосфері азоту, збільшилася на 193% у порівнянні з вихідним її змістом. За цей же час в освітлених проростках, що знаходяться на розчині глюкози на повітрі, зміст АК, збільшилася лише на 136%.

Таблиця 1

Біосинтез відновленої АК в атмосфері азоту 7-8-денними проростками ячменю, плаваючими на 0,005 М розчині глюкози на світлі (експозиція 8 год.; інтенсивність світла 17 тис.ерг/см2с)

Варіант

досвіду

Зміст відновленої АК

в мкг/г свіжого листя

n = 11

tтабл = 2,23

Вихідне зміст

70,9

100

Листи, плаваючі на 0,005 М розчині глюкози:

в атмосфері азоту (а)

207,9

293

на повітрі (б)

167,0

236

tа/б = 4,58

Аналогічна закономірність відзначена і в серії дослідів (табл. 2), де досліджувався накопичення АК проростками ячменю, що поміщені на 0,005 М розчин щавлевої кислоти, можливість використання якої в біосинтезі АК була показана нами раніше [11]. У листах, які плавають на розчині щавлевої кислоти на світлі атмосфері азоту, вміст АК збільшилася на 142%, а на повітрі - на 99%.

Таблиця 2

Біосинтез відновленої АК в атмосфері азоту 7-8-денними проростками ячменю, плаваючими на 0,005 М розчині щавлевої кислоти на світлі (експозиція 8 год.; інтенсивність світла 17 тис.ерг/см2с)

Варіант

досвіду

Зміст відновленої АК

в мкг/г свіжого листя

n = 11

tтабл = 2,36

Вихідне зміст

100

Листи, плаваючі на 0,005 М розчині глюкози:

в атмосфері азоту (а)

138,2

242

на повітрі (б)

113,6

199

tа/б = 5,88

Таким чином, відсутність у середовищі вуглекислого газу, необхідного для фотосинтезу, не тільки не перешкоджає процесу біосинтезу відновленої форми АК з екзогенних субстратів, але навіть сприяє кілька більшого накопичення рідини по порівняно з нормальними умовами.

Факт більшого накопичення відновленої АК у листі, що знаходяться в атмосфері азоту, можна пояснити тим, що відновлена АК у цих умовах не відволікається на процеси дихання і фотосинтезу, в яких вона бере безпосередню участь у якості донора електронів [12, 13]. З іншого боку, [7] в анаеробних умовах на світлі відбувається фотовосстановленіе попередника АК, що також може призводити до збільшення кількості відновленої форми АК у листі, що знаходяться в атмосфері азоту. Цьому може сприяти і властивість вільного радикала аскорбату акцептувати електрони [14].

В наступних дослідах поряд з відновленою формою АК визначалася і її дегідроформа (табл. 3). Дослідження накопичення двох форм АК у проростках ячменю, що знаходяться на світлі на воді і 0,005 М розчині глюкози в атмосфері азоту і повітря, показало, що відсутність вуглекислого газу не перешкоджало біосинтезу відновленої форми АК. Окислена форма АК переважала в листі, що знаходяться в аеробних умовах, де відновлена форма АК залучається до процеси фотосинтезу і дихання з утворенням дегідроформи. До того ж у атмосфері азоту в рослинах переважне значення мають реакції фотовосстановленія АК, а реакції фотоокісленія менш виражені [15].

Таблиця 3

Зміст відновленої і окисленої форм АК у 7-8-денних проростках ячменю, що знаходяться на світлі в атмосфері азоту протягом 8 годин (інтенсивність світла 17 тис.ерг/см2с)

Варіант

Зміст АК в мкг/г свіжого листя

досвіду

відновленої

окисленої

Суми

n = 6

tтабл = 2,57

n = 6

tтабл = 2,57

n = 6

Вихідне зміст

93,3

100

16,8

100

110,8

100

Листя, що плавають на воді:

азот (а)

175,5

186

4,9

180,0

162

повітря (б)

177,7

189

TБ/г = 4,58

14,8

tа/б = 1,12

192,5

174

Листи, плаваючі на 0,005 М розчині глюкози:

азот (в)

218,2

232

6,5

224,8

203

повітря (г)

203,0

216

TВ/г = 4,42

15,1

TВ/г = 2,78

218,1

197

Потрібно відзначити, що абсолютна вміст відновленої форми АК і суми двох форм АК (відновлена + окислена) було декілька вище в листі, що знаходяться на 0,005 М розчині глюкози в порівнянні з варіантами, де екзогенний субстрат не вводився. В останньому випадку не зазначено більшого накопичення відновленої АК в проростках, що знаходяться в анаеробної середовищі в порівнянні з нормальними умовами, що відзначається в усіх варіантах з використанням екзогенних субстратів. Ймовірно, за 8 годин досвіду вже проявляє себе недолік субстрату, який необхідний для біосинтезу АК і утворення якого пов'язано з фотосинтезом.

Таким чином, здатність проростків ячменю синтезувати АК в атмосфері азоту на світла дає підставу говорити про відсутність прямого зв'язку між процесом фотосинтезу і біосинтезу АК. У зв'язку з тим, що процес утворення АК світлозалежна, можна припустити, що він включає в себе специфічні фотобіохіміческіе реакції, прямо не пов'язані з фотосинтезом. Спектри дії реакцій фотовосстановленія і фотоокісленія АК вказують на включення в ці реакції хлорофілу [12], а в бесхлорофільних органах в атмосфері азоту [16, 17] новоутворення АК не відбувається. Оскільки на світлі в атмосфері азоту нами відзначено зміну змісту не тільки АК, але і її окисленої форми, то говорити про участь фітохрома в процесі світлозалежна накопичення АК проблематично, так як відомо [6], що фітохром не впливає на співвідношення АК і ДАК.

Список літератури

1. Землянухін А.А. Про зміст дегідроаскорбінової кислоти в деяких рослинах //Бюл. товариства дослідників природи при Воронезькому у-ті. 1955. Вип. 9. С.19-22.

2. Asselbergs E.A.M. Studies on the formation of ascorbic acid in detached apple leaves// Plant physiology. 1957. Vol. 32. N 4. P.326-329.

3. Franke W. Uber die Biosynthese des Vitamin C. II. Sur Biochemie i und Physiologie der Vitamin C-Synthese// Planta. 1955. Bd. 45. N 2. S.166-197.

4. Franke W. Uber die Biosynthese des Vitamin C. III. Mitt. Nachweis der Unabhдngigkeit der Vitamin C-Bildung von der Photosynthese (bei Vicia faba minor)// Planta. 1955. Bd. 53. N 6. S.551-564.

5. Mehner H., Franke W. Uber die Wirkung einer Begasung mit verschiedenen gasgemischen w