Изменение содержания алифатических спиртов в проростках ячменя под воздействием электромагнитного поля сверхвысокой частоты

Размещено на http://allbest.ru

О.М. Соболева, Е.П. Кондратенко, А.С. Сухих, М.Г. Курбанова

ИЗМЕНЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ АЛИФАТИЧЕСКИХ СПИРТОВ В ПРОРОСТКАХ ЯЧМЕНЯ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ СВЕРХВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ

Аннотация

жирный спирт проростки ячмень обработка электромагнитный

O.M. Soboleva, E.P. Kondratenko, A.S. Sukhikh, M.G. Kurbanova

THE CHANGES IN THE CONTENT OF ALIPHATIC ALCOHOLS IN BARLEY SEEDLINGS UNDER THE INFLUENCE OF AN ULTRAHIGH FREQUENCY ELECTROMAGNETIC FIELD

Введение

Современные исследования высших жирных спиртов растительного происхождения сосредоточены лишь на небольшой части представителей этого класса химических соединений. В научно-технической литературе больше всего данных содержится о поликозанолах, выделенных из сахарного тростника, который наряду с рисовыми отрубями [1] является их основным источником [2]. Из всего многообразия жирных спиртов большинство актуальных исследований касается лишь поликозанолов, а из них, в свою очередь, изучаются те, что выделены из тростника или риса: мало сведений как о других спиртах, так и о других источниках их получения.

Поликозанолы - это линейные насыщенные алифатические спирты, производные восков растений, с числом атомов углерода от 20 до 34 [3, 4] или от 24 до 32 [5].Также поликоназолы обнаружены в зародышах пшеницы, например, в масле зародышей пшеницы их количество колеблется от 1,5 до 8,0 мг/100 г [6, 7]. Преимущественное содержание того или иного жирного спирта определяется видом растения, из которого выделяется их смесь. Так, в тростнике поликозанолы представлены в основном октакозанолом, в экстракте ячменя - гексакозанолом, содержание которого колеблется от 60 до 80 % [3, 4]. Кроме указанных преобладающих поликозанолов другие жирные спирты, такие как бегениловый спирт, лигноцериновый спирт, цериловый спирт и другие, содержатся в экстракте в значительно более низкой концентрации [8]. Поликозанолы выделены также из соломы пшеницы [9], рисовых отрубей [1], листьев зеленого чая [10] и других источников растительного происхождения.

Практическое применение поликозанолов основано на том, что они способны регулировать обмен холестерина и глюкозы в организме человека и животных [2, 11], обладают антибактериальными свойствами [12], антипролиферативной активностью [13], антимутагенным эффектом в совокупности с низким уровнем цитотоксичности [14], противоревматической активностью [15] и некоторыми другими биологическими эффектами. Поэтому очевиден растущий интерес к выявлению новых природных источников поли- козанолов для использования в производстве функциональных пищевых продуктов, для нутрицевтических и фармакологических целей использования [10].

Недавно было показано, что структурно сходные молекулы обладают и сходной биологической активностью [16], поэтому можно предположить, что и в отношении растительных организмов данная группа соединений может проявлять направленное биологически активное действие. Кроме фармацевтических целей, в научной литературе описаны способы применения поликозанолов в растениеводстве и экологических исследованиях с целью повышения адаптационного потенциала растений. Так, в работе С. К. Майденас с соавторами [17] была предпринята успешная попытка проведения предпосевной обработки так называемым миксалолом - смесью из шести алифатических спиртов (тетракозанола, гексакозанола, октакозанола, триаконтанола, дотриаконтанола и тетратриаконтанола). С. К. Тинд [18] применил при выращивании растений пшеницы в лабораторных условиях смесь длинноцепочечных алифатических спиртов, содержащую в своем составе тетракозанол (10 %), гексакозанол (16 %), октакозанол (15 %), триаконтанол (30 %), дотриаконтанол (15 %) и тетратриаконтанол (14 %), что помогло частично смягчить последствия водного дефицита и способствовало как увеличению всхожести, так и стимуляции развития проростков. Указанная смесь также стимулировала активность таких ферментов, как а-, Р-амилазы и инвертазы, тем самым увеличивая накопление свободных сахаров. Автором предполагается немаловажная роль длинноцепочечных алифатических спиртов в регуляции углеводного обмена у растений.

В работе Е. Катурии с соавторами 10-дневные проростки кукурузы, выращиваемые при солевом стрессе, были обработаны экзогенной смесью алифатических спиртов [19]. По сравнению с контролем удалось стимулировать интенсивность фотосинтеза и увеличить содержание фотосинтетических пигментов, что объясняется снижением активности хлорофиллазы. Таким образом, авторы доказали, что высшие спирты не стимулируют биосинтез хлорофилла, но подавляют активность хлорофиллазы и, следовательно, повышают интенсивность фотосинтеза за счет продления продолжительности функционирования хлорофилла в листе.

В ряде научных работ показано, что абиотические факторы могут по-разному влиять на количество синтезируемых в растении алифатических спиртов. Так, при сравнении условий культивирования - гидропоники и традиционного выращивания в почве - листья салата во втором случае содержали значительно более высокие уровни гексакозанола и тетракозанола [20]. Другими исследователями [21] показано, что содержание целого ряда таких высших спиртов, как, например, гексадеканол, докозанол и тетракозанол, не меняется в составе пыльцы сосны, подвергшейся обработке озоном.

Молодые листья, развивающиеся при прорастании семени ячменя, содержат высокие концентрации различных физиологически активных веществ для защиты от внешних воздействий и успешного прорастания [22]. Поэтому проростки ячменя привлекают больше внимания исследователей, чем, например, семена ячменя и его стебель [23]. Поликозанолы являются биологически активным компонентом в проростках ячменя, и их содержание резко возрастает в промежутке между 5-м и 10-м днем прорастания семени и подвержены сортовой изменчивости [4].

Изучение высших жирных спиртов в различных растительных объектах в последнее время стало актуальным в связи с обнаруженными фармакологическими свойствами отдельных их видов, а также смесей [24]. Однако описанных в литературе исследований по изучению характера изменений в качественном и количественном соотношении высших жирных спиртов под действием электромагнитного поля сверхвысокой частоты (ЭМП СВЧ) нет. В связи с вышесказанным поставлена цель исследования - изучить особенности содержания высших жирных спиртов в различных анатомических органах проростков ячменя под действием ЭМП СВЧ.

Материалы и методы

Объектом исследований являлись семена яровой разновидности ячменя посевного (Hordeumsativum L.) сорта Никита. Схема эксперимента включала в себя два варианта: контроль - без обработки и электромагнитное облучение сверхвысокими частотами с мощностью 0,42 кВт и частотой 2,45 ГГц с экспозицией 11 с.

После обработки воздушно сухих семян и их проращивания в течение 7 сут. из всех анатомических частей проростков (ростков, корней, эндосперма, оболочек) готовили навески, экстрагировали смесью хлороформ: w-гексан в режиме пробоподготовки, опубликованной в работе [25]. Аликвоту образца отдували аргоном почти досуха. К остатку добавляли 500 мкл 3 %-го раствора Н₂8О₄ в метаноле и 100 мкл толуола. К полученому раствору добавляли внутренний стандарт (5 мкг метилундеканоата). Затем образец нагревали при 90 °С в течение часа. Далее проводили экстракцию 700 мкл w-гексана (тремя порциями). Объем отобранной гексановой фракции концентрировали отдувкой растворителя до объема около 50 мкл. Полученную пробу, содержащую жирные кислоты в виде метиловых эфиров, использовали для анализа. Анализ проводили на хроматомасс-спектрометре Agilent 7000B (США). Объем пробы 2 мкл, ввод без деления потока. Колонка: ZB-WAX, 30 м х 0,25 мм х 0,25 мкм. Условия хроматографирования: OvenProgram при 100 °C от 0 мин, с нагревом 7 °С/мин до 260 °C - 10 мин, скорость потока - 1,2 мл/мин.

Относительное содержание жирных спиртов определяли в весовых процентах от общего содержания жирных кислот и спиртов в исследуемом образце. Исследования проведены в трехкратной биологической и трехкратной аналитической повторностях. Для статистической обработки использовались непараметрические критерии оценки статистической значимости - А-критерий Манна - Уитни. В работе приводятся средние значения и стандартное отклонение. Критический уровень значимости (р) при проверке статистических гипотез принимался <0,05.

Результаты и обсуждение

Половину обнаруженных в проростках высших жирных спиртов можно отнести к поликозанолам. К этим веществам относятся выявленные в проростках ячменя докозанол (бегениловый спирт, С22) и тетракозанол (лигноцериновый спирт, С24). Не относятся к данной группе жирных спиртов додеканол (лауриновый спирт), имеющий 12 атомов углерода, и гексадеканол (цетиловый спирт) с 16 атомами углерода.

В результате проведенного анализа гексакозанол в проростках ячменя не был обнаружен, что не согласуется с полученными ранее данными [3, 4].

Для четырех обнаруженных жирных спиртов наиболее высокое содержание выявлено для тетракозанола (табл. 1). Причем данный алифатический спирт был обнаружен только в надземной части ювенильных растений - ростках; в корнях, эндосперме и оболочках он не содержится. Эти наши данные согласуются с результатами исследований содержания тетракозанола в зародышах близкородственного для ячменя вида - пшеницы [7].

Полученные нами данные свидетельствуют о том, что на содержание лигноцеринового спирта, выделенного из фракции жирных кислот фотосинтезирующих анатомических частей проростков ячменя, проведенная СВЧ-обработка оказала значительное влияние. Содержание тетракозанола в ростках, полученных из необработанного зерна, составило 26,2 % экстракта. СВЧ-обработка семян ячменя привела к увеличению его количества в 2,03 раза -53,14 % экстракта.

Вторым по содержанию среди обнаруженных жирных спиртов является докозанол (бегениловый спирт) - в ростках ячменя, не подвергнутого воздействию ЭМП СВЧ, его доля составляет 5,67 %. Ростки ячменя, развившиеся из семян после электромагнитной обработки, не содержат бегенилового спирта, как и все остальные изученные органы проростков. Таким образом, можно предположить, что лигноцериновый и бегениловый спирты являются вновь синтезированными и имеют большое значение для роста и развития фотосинтезирующих тканей растения ячменя. Предполагаем, что эти спирты образовались именно в надземной части проростка, а не поступили туда в готовом виде из эндосперма, так как даже следовых количеств лигноцеринового и бегенилового спиртов в клетках эндосперма не зафиксировано.

Таблица 1

Содержание высших жирных спиртов в анатомических органах проростков ячменя после СВЧ-обработки, % экстракта

Примечание: «-» - не обнаружен; * - различия достоверны - р < 0,05.

University proceedings. Volga region

Известия высших учебных заведений. Поволжский регион

Додеканол (лауриновый спирт) по сравнению со всеми изученными высшими спиртами был обнаружен во всех анатомических частях проростка СВЧ-обработанного ячменя, однако его количество невелико и колеблется от 0,04 % (в эндосперме) до 0,12 % (в корнях). Корни и эндосперм необработанного электромагнитным полем зерна ячменя не содержат лауриновый спирт. Таким образом, можно предположить, что в данных органах проростка додеканол синтезируется лишь в ответ на стимуляцию семян электромагнитным полем.

В тех органах проростка, где додеканол отмечен как в контрольном, так и в опытном образцах, была выявлена устойчивая тенденция к увеличению его содержания после СВЧ-обработки - для ростков отмечается превышение относительно необработанных семян на 66,7 %, а для оболочек - в 4,5 раза.

Содержание гексадеканола (цетилового спирта) незначительно и составляет лишь 0,04 %. Кроме того, данное вещество обнаружено в единственном случае - в оболочках семян ячменя, подвергшихся СВЧ-обработке.

В целом суммарная доля всех выявленных алифатических спиртов во всех органах проростка в контрольном образце составила 31,95 %, а в опытном - 53,53 %, т.е. отмечается увеличение их количества после электромагнитной обработки сверхвысокой частоты в 1,67 раза.

Заметная разница в содержании определенных алифатических спиртов в разных органах проростка подтверждает наше предположение о значении этой группы соединений как биологически активных веществ, появляющихся при определенных воздействиях на организм. Косвенно это подтверждается также и в исследованиях, выявляющих зависимость существенных колебаний количества поликозанолов в семенах расторопши по мере их созревания [15].

Заключение

Таким образом, в проростках ячменя содержатся такие высшие жирные спирты, как лигноцериновый, бегениловый, лауриновый; а после СВЧ-обработки появляется и цетиловый спирт. Их суммарная доля в необработанных органах проростков составила 31,95 %. После СВЧ-обработки количество изученных алифатических спиртов выросло в 1,67 раза относительно контроля.

Обнаруженные высшие жирные спирты неравномерно распределены по органам проростка ячменя - максимум отмечен в ростках, минимум - в эндосперме.

Ростки ячменя могут рассматриваться в качестве потенциального источника лигноцеринового и бегенилового спиртов, где их содержание относительно высоко и составляет 26,20 и 5,67 % соответственно. Содержание тетракозанола при этом возможно увеличить более чем в два раза путем предварительной СВЧ-обработки зерен ячменя.

жирный спирт проростки ячмень обработка электромагнитный

Библиографический список

1. Policosanol contents, volatile profile and toxicity test of granulated cane sugar enriched with rice bran materials / M. Weerawatanakorn, H. Tamaki, Y. Asikin, K. Wada, M. Takahashi, C. T. Ho, M. H. Pan // International Food Research Journal. - 2017. - Т. 24, № 3. - Р. 1019-1028.

2. Barley sprout extract containing policosanols and polyphenols regulate AMPK, SREBP2 and ACAT2 activity and cholesterol and glucose metabolism in vitro and in vivo / J.H. Lee, S.Y. Lee, B. Kim [et al.] // Food Research International. - 2015. - Т. 72. - Р. 174-183.

3. Irmak, S. Policosanol contents of beeswax, sugar cane and wheat extracts / S. Irmak, N. T. Dunford, J. Milligan // Food Chemistry. - 2006. - Т. 95. - Р. 312-318.

4. Effect of the growth stage and cultivar on policosanol profiles of barley sprouts and their adenosine 5'-monophosphate-activated protein kinase activation / W. D. Seo, H. J. Yuk, M. J. Curtis-Long [et al.] // Journal of agricultural and food chemistry. - 2013. - Т. 61, № 5. - Р. 1117-1123.

5. Singh, D. K. Policosanol inhibits cholesterol synthesis in hepatoma cells by activation of AMP-kinase / D. K. Singh, L. Li, T. D. Porter // Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics. - 2006. - Т. 318 (3). - Р. 1020-1026.

6. Arruzazabala, M. Effect of policosanol succesive dose increase in platelet aggregation healthy volunteers / M. Arruzazabala, S. Valdes, R. Mas // Pharmacol. Res. - 2013. - Vol. 34. - P. 181-185.

7. Алексеева, Т. В. Биотехнологический потенциал фракций глубокой переработки низкомасличного сырья: балансирование ПНЖК-состава, прогнозирование качества, новые технологии : автореф. дис. ... д-ра техн. наук / Алексеева Т. В. - Воронеж, 2014. - 40 с.

8. Leung, K. Y. Policosanol has no antioxidant activity in human low-density lipoprotein but increases excretion of bile acids in hamsters / K. Y. Leung, C. H. Ng, Y. Huang, Z. Y. Chen // J. Agric. Food Chem. - 2005. - Т. 53 (16). - Р. 6289-6293.

9. Pasha, I. Nutraceutical and functional scenario of wheat straw / I. Pasha, F. Saeed, K. Waqas, F. M. Anjum // Critical reviews in food science and nutrition. - 2013. - Т. 53, № 3. - Р. 287-295.

10. Contents and compositions of policosanols in green tea (Camellia sinensis) leaves / S. J. Choi, S. Y. Park, J. S. Park, S. K. Park, M. Y. Jung // Food Chem. - 2016. - T. 204. - Р. 94-101.

11. Octacosanol restores stress-affected sleep in mice by alleviating stress / M. K. Kaushik, K. Aritake, A. Takeuch, M. Yanagisawa, Y. Urade // Scientific reports. - 2017. - Т. 7, № 1. - Р. 8892.

12. Antibacterial activity of long-chain primary alcohols from Solenaamplexicaulis leaves / S. Chatterjee, A. Karmakar, S. A. Azmi [et al.] // Proceedings of the Zoological Society. - 2017 - Vol. 69. - Р. 1-7.

13. Pope, L. E. Anti-herpes simplex virus activity of n-docosanol correlates with intracellular metabolic conversion of the drug / L. E. Pope, J. F. Marcelletti, L. R. Katz, D.H. Katz // J Lipid Res. - 1996. - Т. 37. - Р. 2167-2178.

14. Isolation and characterization of the compounds responsible for the antimutagenic activity of Combretummicrophyllum (Combretaceae) leaf extracts / T. J. Makhafola, Е.E. Elgorashi, L. J. McGaw, M. D. Awouafack, L. Verschaeve, J. N. Eloff // BMC complementary and alternative medicine. - 2017. - Т. 17, № 1. - Р. 446.

15. Harrabi, S. Policosanol composition, antioxidant and anti-arthritic activities of milk thistle (Silybiummarianum L.) oil at different seed maturity stages / S. Harrabi, A. Fer- chichi, A. Bacheli, H. Fellah // Lipids in health and disease. - 2018. - Т. 17, № 1. - P. 82.

16. Martin, Y. C. Do structurally similar molecules have similar biological activity? / Y. C. Martin, J. L. Kofron, L. M. Traphagen // J. Med. Chem. - 2002. - Vol. 45. - P. 4350-4358.

17. Maideen, S. K. Presowing chemical treatment to hasten germination of Casuarina equisetifolia / S. K. Maideen, J. A. Selvaraj, R. S. V. Rai // International Tree Crops Journal. - 1990. - Т. 6, № 2-3. - Р. 173-181.

18. Thind, S. K. Effects of a long chain aliphatic alcohol mixture on growth and solute accumulation in water stressed wheat seedlings under laboratory conditions / S. K. Thind // Plant growth regulation. - 1991. - Т. 10, № 3. - Р. 223-234.

19. Photosynthesis is improved by exogenous TRIA in salt-stressed maize seedlings / E. Kathuria [et al.] // The Journal of Plant Science Research. - 2012. - Т. 28, № 2. - Р. 239.

20. Metabolomic evaluation of the quality of leaf lettuce grown in practical plant factory to capture metabolite signature / Y. Tamura, T. Mori, R. Nakabayashi, M. Kobayashi, K. Saito, Okazaki [et al.] // Frontiers in plant science. - 2018. - Vol. 9. - URL: https:// doi.org/10.3389/fpls.2018.00665

21. Chemical modification of coating of Pinushalepensis pollen by ozone exposure / O. Naas [et al.] // Environmental Pollution. - 2016. - Т. 214. - Р. 816-821.

22. Effects of a dietary supplement with barley sprout extract on blood cholesterol metabolism / A. R. Byun [et al.] // Evidence-Based Complementary and Alternative Medicine. - 2015. - Т. 2015.

23. Sattar, A. Biosynthesis of ascorbic acid in germinating rapeseed cultivars / A. Sattar, A. Badshah, Aurangzeb // Plant Foods for Human Nutrition. - 1995. - Vol. 47, № 1. - P. 63-70.

24. Shaji, K. P. Synthesis of 1-octacosanol from 1, 12 dodecanediol and cetyl alcohol / K. P. Shaji, S. Umesha, P. S. Bharathi // Int. J. Chem. Pharm. Sci. - 2014. - Т. 5. - Р. 101-105.

25. Захарова, Ю. В. Влияние фосфолипаз грибов Candidaalbicans на клеточную стенку и биологические свойства бифидобактерий / Ю. В. Захарова // Успехи медицинской микологии. - 2018. - Т. 18. - С. 77-81.

Размещено на Allbest.ru