Введение к работе
Актуальность проблеми. Плоды облепихи относятся к немногочисленной группе растений у которых запасание масла происходит не только в семенах, но и в плодовой мякоти. Биологическое значение масла семян известно и состоит в его использовании в качестве источника энергии и органического вещества при прорастании. В то же время масла, образующиеся в сочных плодовых околоплодниках облепихи, маслины, пальмы и ряда других, изучены в меньшей степени. Среди растений этой группы облепиха занимает особое место, поскольку масло её плодовой мякоти (гипантия) обладает ярко выраженным лечебным эффектом (Машковский, 1972, Клюев, 1993 и др) и служит источником ценного лекарственного препарата - облетгеового масла, внимание к которому в последние годы постоянно возрастает не только в фармакологии,- но также в пищевой промышленности и косметологии. Лечебный эффект масла гипантия обычно связывают с высоким содержанием витаминов, каротиноидов, токоферолов, и других биологически активных веществ. В то же время, несомненно, что определенную роль в реализации биологической активности этого масла играют и АСЛ, в основном в форме ТАГ, которые являются его липидной основой и отличаются необычным ЖК-составом.
Изучение процесса маслообразования в плодах облепихи имеет не только практический, но и теоретический интерес, поскольку позволяет исследовать механизм биосинтза ТАГ в двух типах тканей, различающихся между собой уровнем оводненности: в семенах, высыхающих при созревании, и в плодовой мякоти, характеризующейся высокой степенью оводненности.
Принимая во внимание важность этого вопроса, мы провели исследование особенностей формирования созревающего плода облепихи, накопления
Сокращения. АСЛ - ацилсооермеащие лттОы;БТ - балтийский к-тматип; Г -гексаоеиеновые а. ' ^,./. сумма изомеров):! ЖХ - газожиокоатшя хроматография: ДПО - Очи посіє опьпения; Ж1\ -жирные кислоты: ИН - ииОекс неиасьиценности; KB -кавказский ктматип; Л-литиевая (Сщ?): Me - линоленовая (C/s-sJ: () - октаоецено-вые fC/n:j. сумма изомеров): П- паїьмитиновая (С/со); ПВС - позиционно-euooeoit состав; ПМ - полярные литюы; ПТС - позиционно-типовой состав ТАГ: С.А - среОие-азиатский ктматип; СИ - сибирский ктматип; ТАГ - триацилглицеритл; 1СХ-тонкослоиная хроматография; jAjj 2.з /A/j и /A//j - соОерж-аиие кислоты А в 1,2.3-. 2- и 1.3-поло жжениях ТАГ соответственно, мол %; вычисленное но Ослиным [AJi.2.s', <-' -число Овойных связей ТА!'; ЕГ - фактор обогащения; к- кинетическая константа относительной скорости накопления ТАГ; L - относительная липофтыюсь ТАГ; (гас-1) - 1,3-положения в молекуле глицерина; п - число измерении; Р- вероятность достоверности разшчий: Рсгмм - суммарное содержание липидов; РТлГ - содержание триаиилглииеринов: S - насыщенные лсирные кислоты; SF - фактор селективности; sn - обозначение пою.жения остатка ЖК в молекуле ТА!' согласно системе стерео-специфической нумерации; II - ненас ьиценные жирные кислоты.
масла в его органах и влияние климатических факторов на состав, строение и характер биосинтеза ТАГ' в плодах этого растения. Это позволило изучить механизм биосинтеза 'ГАГ в сочной плодовой мякоти облепихи и приблизиться і пониманию физиологической роли липидозапасающей функции, что имеет ш только теоретическую ценность, но и практический интерес, поскольку дае: возможность оценивать качество и уровень масличности плодов этого растения.
К началу исследования в литературе имелись сведения о содержании ли пидов и ЖК-составе отделных дикорастущих форм некоторых климатипов. Вме сте с тем, достоверных данных о составе липидов в плодах облепихи получені не было. По одним из них липиды гипантия и семян включают 7-9 и 7-8 индиви дуальных видов ЖК соответственно (Жамъянсан, 1978, Franke, Muller,1983 Жмырко и др. 1984); согласно другим, гипантий содержит 22-25 вида, 10 из ко торых отсутствуют в ТАГ, но встречаются во фракции свободных ЖК (Маме дов и др.,1984) и имеют необычный ЖК- состав (Сгы, Сгз:і и т.д.); ранее идеи тификация этих кислот не проводилась и они не были обнаружены в расти тельных тканях (Hitchcock, Nichols,197l, Harwood,1980).
Абсолютное содержание масла в плодах облепихи определял гравиметрически после экстракции по Сокслету (Franke, Muller,198: Филатов,1976, Елисеев,1983, Созонова,1991, и др.), либо после извлечени липофильных веществ из сока или плодов растворителями (Привалов,!98.' Жмырко,1978), что не обеспечивает количественной экстракции липидов и растительных тканей. Кроме того, в экстракт переходят как ТАГ, так и полярны липиды и неомыляемые вещества (в частности, каротиноиды, стерины токоферолы), которыми богаты плоды облепихи, а также нелипидныс примесі Необходимо также подчеркнуть, что состав ТАГ семян плодов рассматривался единственной работе (Жмырко,1984), а состав ТАГ гипантия ранее не изучался.
Исследование строения плода облепихи ранее проводилось только и временных срезах тканей (Никитин и др.,1983, Мельцер и др , 1988, Созонов; 1991), что не позволило изучить отдельные структурные элементы плода физиолого-анатомическую взаимосвязь между гипантием и семенем.
Цель и задачи исследования. Цель работы состояла в изучении механизл-
биосинтеза триацилглицеринов масел гипантия и семян в созревающих плоді
облепихи, а также взаимосвязи липидозапасающей функции каждого из этих о]
гапов с изменениями в его анатомической структуре. Кроме этого, представля;
интерес установить влияние условий среды обитания на содержание, состав
строение липидов в плодах облепихи 4-х климатипов: сибирского, среднеазиа
ского,балтийского и кавказского.Для решения поставленных задач исследовалі-
-морфо-физиологическую характеристику созревающего плода облепихг
-динамику массы, оводненности, содержания АСЛ, ТАГ и ПЛ ;
-динамику включения [1- 4С] ацетата в ТАГ гипантия и семян;
-динамику абсолютного содержания и состава ЖК;
-динамику состава ТАГ в гипантии;
-динамику позиционно-типового состава суммарных ТАГ;
-общую характеристику и динамику позициошю-видового состава ТАГ;
-кинетику образования видов s/i-2-U-TAT
-влияние условий произрастания на состав и строение ТАГ плодов;
Основные положения, выносимые на защиту:
-механизм биосинтеза ТАГ, являющихся основой природных масел, в гипантии и семенах формирующегося плода облепихи.
-влияние комплекса природных климатических факторов на процесс образования масла в плодах облепихи.
Научная новизна. Работа вносит новый вклад в разработку основ масло-образования в сочных плодах. Проведенные исследования позволили получить новые данные как о особенностях биосинтеза АСЛ и ТАГ в сочной плодовой мякоти и высыхающих семенах облепихи, так и установить влияние степени зрелости зародыша и климатических факторов на процесс маслообразования в каждом из этих органов.
Выявлено, что степень сформированное зародыша определяет изменение фенофаз и особенности липогенеза в гипантии и семенах плода облепихи.
Получены новые данные о строении плода. Установлено, гипантии и перикарпий участвуют в образовании воздушной полости, благодаря чему плоды могут распостраняться по воде, расширяя ареалы вида.
Доказано, что биосинтез АСЛ и ТАГ в ходе созревания плодов сопровождается значительными изменениями в скорости накопления индивидуальных ЖК. При этом в плодовой мякоти с высокой скоростью накапливаются С] б-, а в семенах - Qg-ЖК, что, в свою очередь, определяет свойства и степень ненасыщенности масел, отражается на характере синтеза отдельных типов и видов самих ТАГ.
Определено, что абсолютное содержание большинства типов и видов ТАГ в гипантии созревающих плодов возрастает, а их экспериментально найденный состав всегда близок к вычисленному согласно теории 1,3-статистического, 2-статистического или ограниченно - статистического распределения ЖК между соответствующими ОП-группами глицерина.
Раскрыт механизм биосинтеза ТАГ высших жирных кислот в сочных плодовых оболочках на примере гипантия облепихи, согласно которой этот процесс включает в себя две стадии. На первой из них совокупность насыщенных и ненасыщенных видов ЖК статистически этерифицирует 1,3- (т. е. гас-1- ) положения глицерина, создавая тем самым общий метаболический пул из пяти различных гас-1-компонентов, являющихся предшественниками ТАГ. На следующей стадии за счет другой совокупности ЖК, почти исключительно
ненасыщенных, эти компоненты подвергают селективному л«-2-ацилированию, которое и приводит к образованию практически всех главных позиционных видов ТАГ гипантия. Таким образом, биосинтез ТАГ определяется количеством индивидуальных видов ЖК на каждом этапе созревания плодов, скоростью их образования и разной степенью сродства этих кислот, прежде всего пальмитиновой, гексадеценовой, олеиновой и линолевой к 1,3- и 2-положениям ТАГ.
Доказано, что условия обитания облепихи сильно влияют на ЖК-состав ТАГ масла гипантия, но практически не оказывают влияния на ЖК-состав семян. По составу ТАГ гипантия плоды облепихи из четырех климатипов можно достоверно разделить на две группы: 1) СБ, СА, БТ и II) КВ. В ТАГ группы I биосинтез протекает в соответствии с теорией 1,3-статистического, 2-статистического распределения остатков ЖК между отдельными ОН-группами молекулы глицерина, а в группе II механизм образования ТАГ отвечает теории ограниченно-статистического распределения.
Практическая значимость работы. Знания о содержании и составе масел в плодах дикорастущих форм облепихи позволяют использовать наиболее перспективные из них в селекционной работе при создании как новых сортов, так и их интродукции в различных климатических зонах России. Для обогащения облспихового масла незаменимыми жирными кислотами - линолевой и линоленовой при его нолученнии можно использовать не только плодовую мякоть, но и семена. На основе данных биосинтеза ТАГ, являющихся основой масла облепихи, появляется возможность регуляции его ЖК-состава, как это было сделано, например, для рапсового масла. Результаты исследований могут быть использованы в образовательных программах по биологии и липидологии для студентов биологических специальностей.
Апробация работы. Материалы диссертации были доложены на Всесоюзном биохимическом съезде (Москва,1985), Международном симпозиуме по изучению облепихи (Хиан,Китай, 1989 г), 2-м и 3-м съездах Всесоюзного общества физиологов растений (Минск, 1990, и С. Петербург, 1993), Конференции и Международном симпозиуме по изучению плодов облепихи и облепихового масла (Новосибирск, 1987 и 1993), 3-м симпозиуме "Физико-химические основы физиологии растений и биотехнология" (Москва, 1997), 2-м съезде Биохимического общества РАН (Пущино,1997), Международной конференции "Развитие научного наследия акад. Н.И.Вавилова" (Саратов,!997).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 30 работ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 237 страницах машинописного текста, содержит 19 таблиц, 27 рисунков и состоит из введения, трех глав (обзор литературы, методы исследования, результаты и их обсуждение), заключения, выводов, списка литературы (278 наименований) и условных обозначений.
