Введение к работе
Актуальность темы.
Традиционно в биохимии растений основное внимание уделялось высшим цветковым растениям. Поэтому информация по биохимии таких представителей растительного царства, как лишайники и бриофиты, весьма отрывочна. Это в первую очередь относится к определенным классам липидов, которые, являясь основными структурными компонентами биомембран, выполняют и ряд регуляторных функций: участвуют в мембранном транспорте, в передаче информации в клетке (Бурлакова, 1981), функционировании ДНК (Алексенко, 1981; Стручков и Страгиевская, 1993), влияют на активность мембраносвязанных ферментов (Конев, 1987). Общеизвестно, что проявление фотосинтетической активности хлоропластов тесно связано с формированием основы функциональных комплексов тилакоидных мембран - липид-белковых комплексов. Именно они, по современным представлениям, являются носителями нативных форм хлорофилла, обеспечивая за счет пигмент-пигментных и пигмент-липидных взаимодействий надлежащие межмолекулярные расстояния в агрегатах молекул хлорофилла (Кочубей, 1986; Трусова с соав., 1988; Трусова и Молчанов, 1992).
Липидам мембран и их жирнокислотному составу отводится ведущая роль в регулировании текучести мембраны как одного из механизмов биохимической адаптации растений к условиям окружающей среды ( Родионов, 1983; Хочачка и Сомеро, 1988).
Лишайники, являясь симбиотическими ассоциациями между грибом и водорослью, представляют собой своеобразную группу организмов с новыми морфологическими, физиолого-биохимическими и экологическими свойствами. В реализации последних немаловажная роль отводится вторичным лишайниковым соединениям - лишайниковым кислотам -, которые выполняют светозащитную, аплелопатическую и ряд других экологических функций (Равинская, 1984; Вайнштейн с -
соав., 1990; Fahselt, 1994). Большинство исследований в области биохимии лишайников посвящено именно этим продуктам их метаболизма.
Бриофиты, или моховидные - представители высших криптогамных растений и образуют среди них древнюю и наиболее обособленную группу, являясь, как и лишайники, слепой ветвью эволюции растений.
Обычно бриофиты живут там же, где и лишайники, и иногда напоминают их по формам и экологии, поселяясь в местах, труднодоступных для других растений, и отличаясь крайней степенью выносливости к неблагоприятным факторам внешней среды. Липиды бриофитов также изучены весьма слабо.
Как известно, экологические границы существования организмов в значительной мере определяются стабильностью их мембран, от 1/3 до 1/2 сухого вещества которых составляют липиды (Родионов, 1983). Это позволяет предположить, что липидный состав лишайников и бриофитов должен иметь специфические особенности, определяя способность их мембран функционировать в суровых условиях существования.
В последнее время лишайники и бриофиты благодаря повышенной чувствительности и индивидуальности реакций видов на контакт с фи-тотоксикантами широко используются в лихено- и бриоиндикации загрязнения внешней среды (Мартин, 1982; 1985; Трасс, 1985; Burton, 1990). Но механизмы реализации их индикаторных способностей на биохимическом уровне практически не изучены, хотя некоторые авторы подчеркивают, что у лишайников наиболее чувствительны к действию загрязнителей мембраны (Malhotra and Khan, 1983; Инсаров и Инсарова, 1986) - возможно, в силу некоторых особенностей в строении их липидов и жирных кислот. Таким образом, и с этой точки зрения исследования в области липидологии лишайников и бриофитов являются актуальными.
Цель и задачи исследования.
Цель настоящей работы состояла в изучении качественного распределения липидов лишайников и бриофитов как представителей эво-
люционно-обособленных групп растений и определении вариабельности липидного состава в зависимости от факторов среды обитания - в условиях наблюдения и эксперимента. В соответствие с этим были поставлены следующие задачи:- . ...
-
Исследовать основные классы липидов (нейтральные, глико- и фосфолипиды) у представителей различных таксономических групп лишайников и бриофитов.
-
Установить структуру ранее неидентифицированного полярного липида, обнаруженного во фракции фосфолипидов лишайников.
-
Проанализировать состав и содержание жирных кислот как в общем липидном экстракте, так и в основных липидных фракциях лишайников.
-
Сравнить лишайники и бриофиты из различных регионов для выявления тенденций в качественном изменении состава липидов в процессе адаптации к среде обитания.
-
Изучить тенденции сдвигов качественного и количественного состава липидов лишайников в сезонном аспекте с целью выяснения вариабельности данных показателей при изменении условий обитания видов.
-
Проследить реакцию липидного и жирнокислотного состава лишайников на изменение условий освещенности.
Научная новизна работы.
В настоящей работе впервые осуществлен качественный анализ нейтральных липидов и более детальный анализ фосфолипидов лишайников. Установлена структура бетаинового липида серинового типа, неидентифицированного ранее в лишайниках, и проведена его количественная оценка в различных видах лишайников и бриофитов. Исследования жирных кислот позволили обнаружить в некоторых видах лишайников целый ряд новых для данных организмов длинноцепочечных жирных кислот. Впервые прослежены тенденции изменения липидов лишайников в весенний период и определена роль
-4-различных липидов и их жирных кислот в процессе адаптации лишайников к различным условиям освещенности.
Практическая значимость исследований.
Полученная в работе новая информация о распределение жирных кислот в лишайниках важна для решения задач таксономии этих растений. Информативным в этом плане может быть также распределение необычного липида диацилглицерилтриметилгомосерина (ДГТС) в различных видах бриофитов. Определенные классы липидов рекомендованы в качестве элементов биотестирования, что поможет созданию эффективной системы ранней диагностики воздействия химических загрязнителей на природные экосистемы.
Положения, выносимые на защиту:
-
Как и другие криптогамные растения, лишайники и бриофиты синтезируют бетаиновый липид серинового типа диацилглицерилтри-метилгомосерин, который является основным во фракции полярных липидов. Распределение его в бриофитах имеет таксономическое значение.
-
Определенные виды лишайников, где в качестве водорослевого симбионта выступают синезеленые водоросли, синтезируют длинноцепочечные жирные кислоты.
-
С увеличением температуры среды обитания растет количество насыщенных и снижается число ненасыщенных ЖК лишайников.
4. Условия пониженной освещенности приводят к снижению
содержания основных мембранных липидов лишайников: фосфо- и
гликолипидов, а также нейтральных липидов. Исключение составляют
лишь воска, количество которых при затемнении возрастает. В этих
условиях значительно изменяется и ЖК состав лишайника.
Апробация работы.
Материалы диссертации доложены на II Научно- Практической конференции "Экологические и социально- практические проблемы региона Самарской Луки" (Самара, 1990 г.), Всесоюзной конференции "Теоретические проблемы эволюции и экологии" (Тольятти, 1991 г.) и
Международной конференции "Проблемы бассейнов крупных рек" (Тольятти, 1993 г.), на заседании отдела лихенологии и бриологии БИН РАН им.В.А.Комарова, на расширенном заседании лаборатории энзимологии ФНИИ им. А.А.Ухтомского СПбГУ.
Структура диссертации.
Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, результатов и их обсуждения, заключения, выводов, приложения. Работа изложена на 162 страницах машинописного текста, включая 10 рисунков, 30 таблиц и список литературы из 188 наименований.
Публикации. Основные материалы диссертации отражены в 4 печатных работах.