Онтогенетичнi змiни вмiсту ксантофiльних пiгментiв у листках ярої пшеницi залежно вiд рiвня азотного живлення
The dynamics of the content of various xanthophyll pigments in leaves of spring wheat during vegetation at two contrast levels of nitrogen supply was investigated. At a high level of nitrogen nutrition, the contents of violaxanthin, lutein, neoxanthin, anteraxanthin, and zeaxanthin per 1 dm2 of...
Gespeichert in:
| Datum: | 2007 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainian |
| Veröffentlicht: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2007
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/3559 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Онтогенетичні зміни вмісту ксантофільних пігментів у листках ярої пшениці залежно від рівня азотного живлення / Г.О. Прядкіна, Т.М. Шадчина // Доп. НАН України. — 2007. — № 11. — С. 165-169. — Бібліогр.: 15 назв. — укp. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-3559 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Прядкiна, Г.О. Шадчина, Т.М. 2009-07-08T09:16:52Z 2009-07-08T09:16:52Z 2007 Онтогенетичні зміни вмісту ксантофільних пігментів у листках ярої пшениці залежно від рівня азотного живлення / Г.О. Прядкіна, Т.М. Шадчина // Доп. НАН України. — 2007. — № 11. — С. 165-169. — Бібліогр.: 15 назв. — укp. 1025-6415 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/3559 581.1+547.979.8 The dynamics of the content of various xanthophyll pigments in leaves of spring wheat during vegetation at two contrast levels of nitrogen supply was investigated. At a high level of nitrogen nutrition, the contents of violaxanthin, lutein, neoxanthin, anteraxanthin, and zeaxanthin per 1 dm2 of the leaf surface increased from tillering to milk grain ripening. At a low level of nitrogen nutrition, the increase was less intensive, and the period of its rising was shorter (limitation by the phase of earling). The contents of violaxanthin, lutein, and neoxanthin per 1 mg chlorophyll were risen during vegetation and did not depend on the level of nitrogen supply. But the relative content of zeaxanthin was higher at nitrogen deficit nutrition. The results testify to the close interrelation between the contents of xanthophylls and chlorophylls and to the increase of the defensive role of zeaxanthin under stress conditions induced by nitrogen deficit. uk Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Біологія Онтогенетичнi змiни вмiсту ксантофiльних пiгментiв у листках ярої пшеницi залежно вiд рiвня азотного живлення Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Онтогенетичнi змiни вмiсту ксантофiльних пiгментiв у листках ярої пшеницi залежно вiд рiвня азотного живлення |
| spellingShingle |
Онтогенетичнi змiни вмiсту ксантофiльних пiгментiв у листках ярої пшеницi залежно вiд рiвня азотного живлення Прядкiна, Г.О. Шадчина, Т.М. Біологія |
| title_short |
Онтогенетичнi змiни вмiсту ксантофiльних пiгментiв у листках ярої пшеницi залежно вiд рiвня азотного живлення |
| title_full |
Онтогенетичнi змiни вмiсту ксантофiльних пiгментiв у листках ярої пшеницi залежно вiд рiвня азотного живлення |
| title_fullStr |
Онтогенетичнi змiни вмiсту ксантофiльних пiгментiв у листках ярої пшеницi залежно вiд рiвня азотного живлення |
| title_full_unstemmed |
Онтогенетичнi змiни вмiсту ксантофiльних пiгментiв у листках ярої пшеницi залежно вiд рiвня азотного живлення |
| title_sort |
онтогенетичнi змiни вмiсту ксантофiльних пiгментiв у листках ярої пшеницi залежно вiд рiвня азотного живлення |
| author |
Прядкiна, Г.О. Шадчина, Т.М. |
| author_facet |
Прядкiна, Г.О. Шадчина, Т.М. |
| topic |
Біологія |
| topic_facet |
Біологія |
| publishDate |
2007 |
| language |
Ukrainian |
| publisher |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| format |
Article |
| description |
The dynamics of the content of various xanthophyll pigments in leaves of spring wheat during
vegetation at two contrast levels of nitrogen supply was investigated. At a high level of nitrogen
nutrition, the contents of violaxanthin, lutein, neoxanthin, anteraxanthin, and zeaxanthin per
1 dm2
of the leaf surface increased from tillering to milk grain ripening. At a low level of nitrogen
nutrition, the increase was less intensive, and the period of its rising was shorter (limitation by
the phase of earling). The contents of violaxanthin, lutein, and neoxanthin per 1 mg chlorophyll
were risen during vegetation and did not depend on the level of nitrogen supply. But the relative
content of zeaxanthin was higher at nitrogen deficit nutrition. The results testify to the close
interrelation between the contents of xanthophylls and chlorophylls and to the increase of the
defensive role of zeaxanthin under stress conditions induced by nitrogen deficit.
|
| issn |
1025-6415 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/3559 |
| citation_txt |
Онтогенетичні зміни вмісту ксантофільних пігментів у листках ярої пшениці залежно від рівня азотного живлення / Г.О. Прядкіна, Т.М. Шадчина // Доп. НАН України. — 2007. — № 11. — С. 165-169. — Бібліогр.: 15 назв. — укp. |
| work_keys_str_mv |
AT prâdkinago ontogenetičnizminivmistuksantofilʹnihpigmentivulistkahâroípšenicizaležnovidrivnâazotnogoživlennâ AT šadčinatm ontogenetičnizminivmistuksantofilʹnihpigmentivulistkahâroípšenicizaležnovidrivnâazotnogoživlennâ |
| first_indexed |
2025-11-25T21:10:31Z |
| last_indexed |
2025-11-25T21:10:31Z |
| _version_ |
1850552368666509312 |
| fulltext |
УДК 581.1+547.979.8
© 2007
Г.О. Прядкiна, Т.М. Шадчина
Онтогенетичнi змiни вмiсту ксантофiльних пiгментiв
у листках ярої пшеницi залежно вiд рiвня азотного
живлення
(Представлено академiком НАН України Д. М. Гродзинським)
The dynamics of the content of various xanthophyll pigments in leaves of spring wheat during
vegetation at two contrast levels of nitrogen supply was investigated. At a high level of nitrogen
nutrition, the contents of violaxanthin, lutein, neoxanthin, anteraxanthin, and zeaxanthin per
1 dm2 of the leaf surface increased from tillering to milk grain ripening. At a low level of nitrogen
nutrition, the increase was less intensive, and the period of its rising was shorter (limitation by
the phase of earling). The contents of violaxanthin, lutein, and neoxanthin per 1 mg chlorophyll
were risen during vegetation and did not depend on the level of nitrogen supply. But the relative
content of zeaxanthin was higher at nitrogen deficit nutrition. The results testify to the close
interrelation between the contents of xanthophylls and chlorophylls and to the increase of the
defensive role of zeaxanthin under stress conditions induced by nitrogen deficit.
На вiдмiну вiд хлорофiлiв, якi є пiгментами, що вiдiграють основну роль у процесах збиран-
ня та запасання сонячної енергiї в процесi фотосинтезу, ксантофiлам вiдводять допомiжну
роль. Проте вони виконують багато важливих функцiй у хлоропластах рослин: при низькiй
iнтенсивностi освiтлення додатково абсорбують свiтло в синьо-зеленiй областi спектра, при
високiй, навпаки — захищають мембрани тилакоїдiв вiд фоторуйнування, а також беруть
участь у регуляцiї в’язкостi цих мембран та їх термотолерантностi [1–3]. Особливiстю жов-
тих пiгментiв також є здатнiсть деяких з них замiнювати iншi. Так, зеаксантин може струк-
турно i функцiонально замiщувати вiдсутнi в деяких мутантах вищих рослин та зелених
водоростей лютеїн, вiолаксантин та неоксантин [4, 5], лютеїн-5,6-епоксид — неоксантин [6],
а бета-каротин — лютеїн [7].
На вiдмiну вiд бактерiй, грибiв, водоростей та репродуктивних органiв рослин, що ха-
рактеризуються великою рiзноманiтнiстю жовтих пiгментiв, хлоропласти листкiв вищих
рослин та зелених водоростей мiстять однаковий набiр ксантофiлiв, який складається з лю-
теїну, неоксантину, вiолаксантину, зеаксантину та антераксантину [8]. За умов варiацiї освiт-
леностi три останнi змiнюються таким чином, що вiолаксантин на свiтлi перетворюється
у зеаксантин, а в темрявi зеаксантин знову перетворюється у вiолаксантин. Причому в кож-
ному з цих перетворень промiжною формою виступає антераксантин [1].
Результати дослiджень особливостей функцiонування вiолаксантинового циклу за рiз-
них умов вирощування рослин, у тому числi i дефiциту азотного живлення, свiдчать про
бiльш iнтенсивне перетворення вiолаксантину в зеаксантин за дiї стресових чинникiв [9–11].
Є також данi про змiни вмiсту ксантофiлiв у листках рослин впродовж вегетацiї. У бiльшо-
стi з робiт вiдмiчено зростання кiлькостi ксантофiлiв у процесi вегетацiї [12–14]. Так, вмiст
лютеїну та неоксантину в листках двох сортiв рису на 100-ту добу вегетацiї був в 1,1–1,3 раза
вищим, нiж на 60-ту [12]. Кiлькiсть вiльних ксантофiлiв у листках яблунi в серпнi в 1,5–2 ра-
за перевищувала її значення в квiтнi [13]. Але також показано, що в онтогенезi листкiв
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2007, №11 165
одного з видiв (mexicana) релiктової рослини саговнику, на вiдмiну вiд iнших її видiв, вмiст
окремих ксантофiлiв змiнювався по-рiзному: кiлькiсть лютеїну та вiолаксантину в дорослих
листках була в 1,2–1,4 раза бiльшою, нiж у молодих листках, тодi як вмiст зеаксантину, нав-
паки, знижувався в 2,5 раза, а неоксантину та антераксантину — не змiнювався [14]. Але
данi про вплив умов вирощування на характер динамiки змiн вмiсту рiзних ксантофiлiв
впродовж вегетацiї практично вiдсутнi. Разом з тим такi данi дозволили б краще зрозумiти
роль ксантофiльних пiгментiв у забезпеченнi стiйкостi рослин до стресiв на рiзних етапах
онтогенезу за рiзних умов вирощування.
Ми ставили собi за мету дослiдити вплив забезпеченостi рослин азотним живленням на
динамiку змiн вмiсту рiзних ксантофiльних пiгментiв, у тому числi i пiгментiв вiолаксан-
тинового циклу, у листках ярої пшеницi впродовж вегетацiї.
Рослини ярої пшеницi сорту Рання 93 вирощували у 8-кг вегетацiйних посудинах на
сiрому опiдзоленому грунтi, що мiстив 0,15% азоту та 17,9 мг рухомого фосфору i 16,9 мг
обмiнного калiю на 100 г абсолютно сухого грунту. При посiвi в посудини контрольного
варiанта вносили повну поживну сумiш (за Журбицьким), що мiстила по 0,125 г дiючої ре-
човини азоту, фосфору та калiю на 1 кг грунту. Дослiдним був варiант, в якому в поживну
сумiш не включали азот, чим створювали умови недостатностi азотного живлення. Неста-
чу азотного живлення фiксували за зниженням, порiвняно з контролем, вмiсту хлорофiлу
в листках. Ксантофiльнi пiгменти визначали в листках пшеницi в рiзнi фази її вегетацiї
(кущiння, виходу в трубку, колосiння, цвiтiння, молочно-воскової стиглостi).
Бiологiчна повторнiсть дослiдiв — 5-разова, аналiтична — 3-разова.
Оскiльки вмiст ксантофiлiв вiолаксантинового циклу змiнюється залежно вiд умов освiт-
лення, причому в протилежних напрямках, їх кiлькiсть завжди визначали у темноадапто-
ваних листках. Для цього вранцi рослини попередньо затемнювали на 3 год чорною ткани-
ною. Вiдiбранi листковi висiчки заморожували в рiдкому азотi та зберiгали до проведення
аналiзiв у морозильнiй камерi при −20
◦С. Для екстрагування пiгментiв рослиннi проби
розтирали в 100% ацетонi з додаванням невеликої кiлькостi рiдкого азоту та бутилгiдро-
ксианiзолу i центрифугували 20 хв при 8 000 g. Отриманi елюати ксантофiлiв роздiляли на
рiдинному хроматографi високого тиску сумiшшю ацетонiтрилу, метанолу та дистильованої
води у спiввiдношеннi 70 : 9,6 : 3 вiдповiдно [15].
Як показали отриманi результати, вмiст хлорофiлу в листках варiанта з вилученим
з поживної сумiшi азотом (дослiдний варiант) у фазу виходу в трубку був нижчим нiж,
у контрольного, в 1,3 раза ((3,6 ± 0,2) та (4,8 ± 0,2) мг/дм2 вiдповiдно), а у фазу молочної
стиглостi — в 4 рази ((2,2±0,3) та (9,0±0,9) мг/дм2 вiдповiдно), що свiдчило про розвиток
азотного дефiциту у рослин дослiдного варiанта.
Змiни вмiсту ксантофiлiв, вимiряних в мкг на одиницю листкової поверхнi (дм2) верх-
нього повнiстю розгорнутого (у перiод вiд фази кущiння до фази колосiння) або прапорце-
вого листка (пiсля цiєї фази) ярої пшеницi сорту Рання 93, за контрастних умов азотного
живлення наведенi на рис. 1. Можна бачити, що в процесi розвитку рослин за нормаль-
них умов забезпечення рослин азотним живленням динамiка вмiсту кожного з ксантофiлiв
характеризувалася поступовим зростанням кiлькостi пiгменту. При цьому впродовж усього
вегетацiйного перiоду найбiльш високим був вмiст лютеїну. Його кiлькiсть у листках зроста-
ла вiд (458±49) мкг/дм2 у фазу кущiння до (1353±118) мкг/дм2 у фазу молочної стиглостi
(див. рис. 1, а). Iстотно зростав також вмiст вiолаксантину та неоксантину — вiд (190± 17)
та (150 ± 5) мг/дм2 вiдповiдно у фазу кущiння до (468 ± 71) та (336 ± 48) мкг/дм2 у фазу
молочно-воскової стиглостi (див. рис. 1, б, в). Найменшi величини отриманi для вмiсту зе-
166 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2007, №11
Рис. 1. Динамiка змiн вмiсту окремих ксантофiлiв у процесi вегетацiї за наявностi азоту в живильному
середовищi (�) i за його вiдсутностi (♦). Тут i на рис. 2 фази вегетацiї: 1 — кущiння; 2 — вихiд у трубку;
3 — колосiння; 4 — цвiтiння; 5 — молочна стиглiсть
аксантину та антераксантину (див. рис. 1, г, д). У середньому за перiод вiд фази кущiння
до молочної стиглостi вмiст кожного з цих ксантофiлiв зростав приблизно в 2,2–3 рази.
За нестачi азоту вiдзначалася дещо iнша динамiка змiн ксантофiлiв. Пiдвищення вмiсту
ксантофiлiв було менш значним i воно спостерiгалося лише до фази колосiння, пiсля чого їх
кiлькiсть починала знижуватись (див. рис. 1). Величина вiдношення максимального вмiсту
пiгментiв до мiнiмального за низького рiвня азотного живлення дорiвнювала 1,2–1,5. Проте,
як i в контрольному варiантi, за нестачi азотного живлення найбiльша частка в загально-
му пулi ксантофiлiв належала лютеїну, найменша — антераксантину. Вмiст зеаксантину
та антераксантину контрольних та дослiдних варiантiв достовiрно не вiдрiзнявся до фази
цвiтiння (див. рис. 1, г, д), а пiсля неї, як i для iнших, був нижчим за нестачi азотного
живлення.
При аналiзi вмiсту ксантофiлiв у розрахунку на мг хлорофiлу виявилось, що на динамiку
i вiдносний вмiст лютеїну, вiолаксантину та неоксантину рiвень азотного живлення практич-
но не впливав (рис. 2, а–в). У той же час вiдносний вмiст зеаксантину при нестачi азотного
живлення був достовiрно вищим, нiж у рослин з кращим рiвнем забезпеченостi азотним
живленням, зi збереженням позитивної динамiки змiн у процесi вегетацiї (див. рис. 2, г).
Подiбнi за характером змiни спостерiгали i для вмiсту антераксантину (див. рис. 2, д), але
через низькi значення цього пiгменту вони були недостовiрними.
Таким чином, незважаючи на зменшення абсолютної кiлькостi ксантофiльних пiгментiв
за умов дефiцiту азоту, вiдносний вмiст лютеїну, вiолаксантину та неоксантину, якi в сумi
складають понад 80% загального пулу ксантофiлiв, не вiдрiзнявся за рiзних умов азотно-
го живлення. Достовiрно зростав лише вiдносний вмiст зеаксантину. Пiдвищення вмiсту
антераксантину, як зазначено вище, було недостовiрним. Отриманi результати в цiлому
узгоджуються з даними лiтератури. Зокрема, Toth зi спiвавт. показали 7-кратне зростання
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2007, №11 167
Рис. 2. Динамiка змiн вiдносного вмiсту окремих ксантофiлiв у процесi вегетацiї за наявностi азоту в жи-
вильному середовищi (�) i за його вiдсутностi (♦)
вiдносної кiлькостi зеаксантину та 3-кратне — антераксантину у вiдiбраних перед свiтан-
ком (iнтенсивнiсть освiтлення 250 мкмоль/(м2
· с)) листках рослин кукурудзи на початку
репродуктивного перiоду за дефiциту азотного живлення [13]. Збiльшення їх вмiсту за дiї
iншого стресу — засолення — вiдмiчено також у листкiв сорго при невисокiй iнтенсивностi
освiтлення (100 мкмоль/(м2
· с)) [14].
Вiдомо, що за умов надлишкової для фотосинтезу iнтенсивностi свiтла зеаксантин сприяє
фотозахисту тилакоїдних мембран хлоропластiв, перехоплюючи енергiю вiд збудженого
хлорофiлу i перешкоджаючи тим самим утворенню вiльних радикалiв [1, 2, 4]. Крiм того,
утворення на свiтлi зеаксантину з вiолаксантину викликає структурну перебудову фотосин-
тетичних мембран, що призводить до теплового розсiювання поглинутої у надлишку енергiї
свiтла, чим забезпечується захист ФСII вiд фотоiнгiбування. Виявлене нами збiльшення вiд-
носного вмiсту ксантофiлiв, i, особливо, деепоксидованих форм пiгментiв — зеаксантину та
антераксантину, може свiдчити про зростання їх захисної ролi за умов нестачi азотного жив-
лення та при старiннi листкiв впродовж вегетацiї рослин, коли iнтенсифiкуються процеси
окиснення структурних та функцiональних компонентiв мембран.
1. Demming-Adams B., Gilmore A.M., Adams W.W. In vivo Function of Carotenoids in Higher Plants //
FASEB J. – 1996. – No 10. – P. 403–412.
2. Havaux M. Carotenoids as membrane stabilizers in chloroplasts // Trends Plant Sci. – 1998. – No 3. –
P. 147–151.
3. Ourisson G., Nakatani Y. The terpenoid theory of the origin of cellular life: the evolution of terpenoids to
cholesterol // Chem. Biol. – 1994. – No 1. – P. 11–23.
4. Ruban A.V., Horton P. The Xanthophyll Cycle Modulates the Kinetics of Nonphotochemical Energy
Dissipation in Isolated Ligth-Harvesting Complexes, Intact Chloroplasts, and Leaves of Spinach // Plant
Physiol. – 1999. – 119, No 2. – P. 531–542.
5. Jin E. S., Yokthongwattana K., Polle J. E.W. et al. Role of the Reversible Xanthophyll Cycle in the
Photosystem II Damage and Repair Cycle in Dunaliella salina // Ibid. – 2003. – 132, No 1. – P. 352–364.
168 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2007, №11
6. Bungard R.A., Ruban A.V., Hibberd J.M. et al. Unusual carotenoid composition and a new-type of
xanthophyll cycle in plants // Proc. Nat. Acad. Sci. USA. – 1999. – 96, No 3. – P. 1135–1139.
7. Woitsch S., Römer S. Impact and interaction of lipophilic antioxidants in mutants and transgenic plants //
J. Plant Physiol. – 2005. – 162, No 11. – P. 1197–1209.
8. Сапожников Д.И. Пигменты пластид зеленых растений. Методика их исследования. – Москва; Ле-
нинград: Наука, 1964. – 121 с.
9. Toth V.R., Meszaros I., Veres S. et al. Effects of the available nitrogen on the photosynthetic activity and
xanthophyll cycle pool of maize in field // J. Plant Physiol. – 2002. – 159, No 6. – P. 627–634.
10. Sharma P.K., Hall D.O. Changes in Carotenoid Composition and Photosynthesis in Sorgum under High
Light and Salt Stress // Ibid. – 1992. – 140, No 6. – P. 661–666.
11. Krol M., Spangford M.D., Huner N.P.A. et al. Chlorophyll a/b-binding proteins, pigment conversions,
and early light-induced proteins in a chlorophyll-less barley mutant // Plant Physiol. – 1995. – 107. –
P. 873–883.
12. Murchie E.N., Chen M.Y.-Zh., Hubbart S. et al. Interaction between senescence and leaf orientation
determine in situ patterns of photosynthesis and photoinhibition in field-grown rice // Ibid. – 1999. – 119,
No 2. – P. 553–563.
13. Cardini F. Carotenoids in ripe green and autumn senescing leaves of apple tree: II. Seasonal changes of
free carotenoids and xanthophyll esters and relationship between their content and senescing state // G.
Bot. Ital. – 1983. – 117, No 1–2. – P. 75–97.
14. Cardini F., Pucci S., Calamassi R. Quantitative variations of individual carotenoids in relationship with
the leaflet development of six species of the genus Ceratozamia (Cycads) // J. Plant Physiol. – 2006. –
163, No 1. – P. 128–140.
15. Прядкина Г.А., Лихолат Д.А. Идентификация ксантофиллов методом жидкостной хроматогра-
фии в изократическом режиме // Физиология и биохимия культ. растений. – 2006. – 38, № 1. –
С. 75–81.
Надiйшло до редакцiї 22.03.2007Iнститут фiзiологiї рослин i генетики
НАН України, Київ
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2007, №11 169
|