Влияние условий культивирования проростков пшеницы на интенсивность корневой экскреции и состав экзометаболитов
Создание нового поколения фармпрепаратов, продуктов питания, косметических средств связано с развитием современных биотехнологий, основанных на способности растений экскретировать в среду биологически активные метаболиты. В настоящее время получают развитие так называемые «корневые технологии», основанные на свойствах корней высших растений экскретировать в окружающую среду широкий спектр веществ. В то же время способность растений экскретировать в окружающую среду различные метаболиты в течение всего периода вегетации используется недостаточно. В большой степени это обусловлено нестабильным выходом и составом экзометаболитов, малой изученностью динамики экскреторных процессов и влияния различных факторов на эти процессы.
В связи с этим актуальным является исследование влияния различных условий культивирования на интенсивность корневой экскреции и состав корневых экзометаболитов растений. Задачей данной работы было изучение влияния возраста семян, системы сбора экзометаболитов и плотности культивирования проростков пшеницы на качественный и количественный состав их корневых экзометаболитов. Объектом исследования были корневые экзометаболиты проростков озимой пшеницы сорта «Донецкая – 48». Проростки культивировались в чашках Петри при круглосуточном освещении при температуре 28оС.
Обнаружили, что корни проростков семян, хранившихся 5 мес. к началу эксперимента, были в 2 раза длиннее, чем корни проростков, хранившихся 18 мес. (0,9 см и 1,8 см соответственно). В то же время интенсивность экскреции аминокислот и белков корнями этих проростков была в 2 раза ниже, чем у корней с низкой скоростью роста. Т.о., корни проростков с естественной низкой интенсивностью роста характеризуются более высокой экскреторной активностью, чем корни с высокой естественной интенсивностью роста.
На следующем этапе работы определяли динамику экскреции и состав корневых экзометаболитов проростков пшеницы в случае проточного и накопительного сбора с 1 по 3 сутки роста корня. Определение интенсивности экскреции экзометаболитов показало, что в случае проточного сбора она достоверно выше по сравнению с накопительным режимом удаления экзометаболитов. Т.о., при достижении некоего постоянного (гомеостатического) уровня экзометаболитов в водной среде включается система обратной связи, которая ингибирует дальнейшую экскрецию.
Исходя из этого, можно предположить, что чем быстрее экзометаболиты накапливаются в среде, тем меньшей становится экскреторная активность проростков. Скорость накопления экзометаболитов в среде можно изменять искусственно, меняя плотность культивирования проростков. Обнаружили, что зависимость экскреции белков от плотности культивирования проростков носила нелинейный характер. Исходя из этого, можно предположить существование пороговых концентраций экзометаболитов, при которых экзометаболиты ризосферы начинают ингибировать собственную экскрецию, либо подвергаются химическим превращениям в самой ризосфере. Наибольшая интенсивность экскреции белка (36 мкг белка/проросток) наблюдалась при плотности культивирования 0,8 проростка/см2.
Т.о., для создания технологии получения корневых экзометаболитов проростков пшеницы с максимальной эффективностью работы рекомендуется использование длительно хранившегося семенного материала для получения проростков с низкой интенсивностью роста; применение проточного метода сбора экзометаболитов; культивирование проростков при плотности 0,8 проростка/см2 .
Источник: Влияние условий культивирования проростков пшеницы на интенсивность корневой экскреции и состав экзометаболитов / Кузнецова Ю.А. // Біотехнологія. Наука. Освіта. Практика: тези доповідей IV Міжнародної науково-практичної конференції (Дніпропетровськ, 11 – 13 листопада 2008 р.) – Дніпропетровськ, 2008. – С. 34.
Автор фото в статье: Ляпустина Е.В.