Интенсификация процесса фотосинтеза под воздействием комплексонатов цинка

Размещено на http://www.allbest.ru/

Тверская ГСХА

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССА ФОТОСИНТЕЗА ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ КОМПЛЕКСОНАТОВ ЦИНКА

Т.И. Смирнова, Е.Д. Малахаев,

О.В. Смирнова, И.Н. Барановский

г. Тверь

Зеленые растения посредством фотосинтеза определяют экологическое благополучие биосферы, сбалансированность важнейших процессов на Земле, таких как: постоянство содержания кислорода, диоксида углерода, количество органического вещества в почвах, состояние озонового слоя и др.

Важнейшим условием повышения фотосинтетической продуктивности растений является процентное содержание пигментов на единицу листовой поверхности. Они составляют в среднем 10-15% сухой массы хлоропластов и характеризуются большим разнообразием. По химической природе выделяют две основные группы пигментов: хлорофиллы и каротиноиды.

Основную роль в избирательном поглощении и трансформировании энергии света в химическую энергию выполняют хлорофиллы. Однако, не следует умалять значение каротиноидов, являющихся дополнительными пигментами, передающими энергию поглощенных квантов хлорофиллам для совершения фотохимической реакции.

Кроме того, каротиноиды (рисунок 1,2) выполняют ряд иных функций в процессе фотосинтеза: защитную (гасители триплетного хлорофилла и синглетного кислорода) и фотопротекторную (предохраняют реакционный центр от мощных потоков энергии при высокой интенсивности света и стабилизируют липидную фазу тилакоидных мембран, защищая ее от переокисления) [2].

Рисунок 1 Структура в-каротина

Рисунок 2 Структура виолаксантина (3,3^/- дигидрокси-5,6,5^/,6^/-тетрагидро-5,6,5^/,6^/-диэпокси-в-каротин)

Содержание каротиноидов в сельскохозяйственном или лекарственном сырье зависит не только от вида растения, погодных условий, но и от обеспеченности почвы макро- и микроэлементами.

В организм человека или животного каротиноиды поступают с растительной пищей, лекарственными средствами, обеспечивая защитную антиоксидантную роль. Эти пигменты способствуют предотвращению, смягчению и лечению распространенных «болезней цивилизации»: атеросклероза, диабета, многих форм рака, различных нервных заболеваний.

В связи с этим, важным остается разработка экологически безопасных приемов, эффективно повышающих содержание каротиноидов в продуктах растительного происхождения. Одним из таких способов является применение экологически безопасных комплексонатов микроэлементов, используемых в микродозах.

К таким средствам можно отнести этилендиаминдисукцинат цинка - комплекс цинка на основе этилендиаминдиянтарной кислоты (ЭДДЯК). Доказательством его эффективности стали результаты ранее проведенных исследований с яровой пшеницей [3].

Поскольку при обработке данным средством увеличивалось содержание пигментов в зеленой массе, целью исследований стало определение количества каротиноидов в растительном сырье при обработке растений этилендиаминдисукцинатом цинка.

Цинк локализован входит в состав около 40 ферментов, регулирующих отдельные стадии процесса фотосинтеза. Поэтому следует предположить его положительное воздействие на содержание каротиноидов в растении. Кроме того, в форме комплексоната этот микроэлемент должен быть для растения более доступным, чем в форме простой соли.

С целью подтверждения указанных предположений, в лабораторных и мелкоделяночных опытах был проведен следующий эксперимент. В качестве опытных растений были взяты культивируемые растения: зеленное - шпинат (Spinacea oleracea L.), лекарственное - каланхоэ перистое (Kalanchoe pinnata L.) и дикорастущее лекарственное - одуванчик лекарственный (Taraxacum officinale Wigg.).

ЭДДЯК и комплексонат цинка (Zn-ЭДДЯК) синтезированы и выделены авторами представленной работы.

Семена шпината на сутки замачивали в 1,5*10^-3 М растворах Zn-ЭДДЯК, ZnSО₄, ЭДДЯК и H₂О dest и высевали в открытый грунт на делянки площадью 1 м² с пятикратной повторностью для каждого варианта опыта. Посев шпината в течение летнего периода производили трижды. Через неделю после появления всходов опытные растения опрыскивали 1,5*10^-3 М растворами Zn-ЭДДЯК, ZnSО₄ и ЭДДЯК из расчета 100 мл/м², а контрольные растения - дистиллированной водой, взятой в таком же объеме.

Обработку одуванчика лекарственного аналогичными растворами производили в естественном биоценозе (луг с одуванчиком в качестве доминирующего растения) трижды за вегетационный период, начиная с 1-й декады мая, с интервалом 1 месяц.

Опыт с каланхоэ перистым осуществляли в лабораторных условиях. Укорененные черенки, полученные от одного растения, через месяц после высадки обрабатывали указанными ранее растворами и контрольные - дистиллированной водой из расчета 20 мл на 1 растение.

На каждый вариант опыта были выделены по 5 растений.

Обработку проводили трижды с интервалом в 1 месяц.

Для определения каротиноидов образцы листьев шпината отбирали через месяц после обработки перед уборкой зеленной культуры; листья одуванчика и каланхоэ - через неделю после 3-й обработки.

Содержание каротиноидов определяли спектрофотометрически (фотометр КФК-3 2МП «ЗОМЗ») в ацетоновых экстрактах по Веттштейну [1].

В корне одуванчика (лекарственном сырье) спектофотометрическим методом после предварительного хроматографического выделения на оксиде алюминия определяли содержание каротина, представленного преимущественно в - формой.

При постановке мелкоделяночного опыта в почву опытного участка не вносили ни органические, ни минеральные удобрения.

Данные анализов листьев растений на содержание суммы каротиноидов приведены в таблице 1.

1. Содержание каротиноидов в листьях растений (мг на 100 г сырой массы)

Как видно из данных таблицы, свободный лиганд, содержащий в составе молекулы этиленовый фрагмент, служит для всех опытных растений дополнительным источником углерода, необходимого для синтеза терпенов, и в том числе, каротиноидов. Обработка сульфатом цинка существенно не повлияла на уровень содержания желтых пигментов в шпинате и каланхоэ. Эта соль и Zn-ЭДДЯК вызвали увеличение каротиноидов в листьях одуванчика. В корне одуванчика почти в три раза возросло содержание каротина в результате обработки комплексонатом (таблица 2), что существенно увеличивает ценность получаемого на его основе лекарственного сырья.

2. Содержание каротина в корне одуванчика лекарственного (мг на 100 г сырой массы)

фотосинтетический растение хлорофилл каротиноид

Этот факт является дополнительным подтверждением сведений о том, что одуванчик наиболее требователен к содержанию данного микроэлемента в почве и способен аккумулировать его соединения в корне.

То, что обработка комплексонатом цинка сказалась на сумме каротиноидов в меньшей степени, чем свободным комплексоном, позволяет предполагать разные пути деструкции в растениях свободного и связанного в комплекс лиганда.

Таким образом, не только комплексонат цинка, но и свободный лиганд - ЭДДЯК, существенно увеличивают содержание каротиноидов, следовательно, и антиоксидантную активность растительного сырья.

Использованные источники

1. Гавриленко В.Ф., Жигалова Т.В. Большой практикум по фотосинтезу. М., ACADEMA, 2003. С. 54, 62.

2. Мокропосов А.Т., Гавриленко В.Ф., Жигалова Т.В. Фотосинтез. Физиолого-экологические и биохимические аспекты. М., ACADEMA, 2006. С. 107-110.

3. Смирнова Т.И., Никольский В.М., Кудряшова Н.В., Иванютина Н.Н., Усанова З.И. Экологически безопасные биостимуляторы на основе комплексонов. // Вестн. ТвГУ. Сер. Химия. 2008. Вып. 7, № 32 (92). С. 8-14.

Размещено на Allbest.ru