doi: 10.15389/agrobiology.2019.5.946rus
УДК 633.12:581.1:631.811
РОСТ ПРОРОСТКОВ ГРЕЧИХИ ОБЫКНОВЕННОЙ
(Fagopyrum esculentum Moench) И НАКОПЛЕНИЕ ПЕРВИЧНЫХ И
ВТОРИЧНЫХ МЕТАБОЛИТОВ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ УСЛОВИЯХ
МИНЕРАЛЬНОГО ПИТАНИЯ
Е.В. ЦЫПУРСКАЯ1, В.В. КАЗАНЦЕВА1, А.Н. ФЕСЕНКО2,
Н.В. ЗАГОСКИНА1
Гречиха обыкновенная (Fagopyrum esculentum Moench) — важная сельскохозяйственная культура. Помимо уникальных пищевых характеристик, для нее характерно образование различных фенольных соединений, в том числе рутина, широко применяемого в медицине. Поскольку фенольные соединения обладают высокой биологической и антиоксидантной активностью, в том числе рассматриваются как потенциальные компоненты функционального питания, изучение их накопления на начальных этапах онтогенеза растений представляет практический интерес. В представленной работе мы показали регуляторное действие макро- и микроэлементов на рост растений и накопление первичных и вторичных метаболитов у гречихи. Впервые охарактеризовано образование первичных и вторичных метаболитов в надземных органах нового и перспективного российского сорта гречихи обыкновенной Даша, внесенного в Государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию в Российской Федерации, в 2018 году. Целью работы было изучение начальных этапов онтогенеза проростков гречихи обыкновенной, включая оценку их морфофизиологических характеристик в условиях различной обеспеченности элементами минерального питания, а также накопления в семядольных листьях фотосинтетических пигментов, сахаров и фенольных соединений. Объектом исследования служили проростки гречихи обыкновенной сортов Девятка и Даша селекции ВНИИ зернобобовых культур (г. Орел), внесенных в Государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию в Российской Федерации, соответственно в 2004 и 2018 году. Растения выращивали в лабораторных условиях рулонным способом на воде (контроль) и питательной среде Хогланда-Арнона (опыт) при 24 °C и 16-часовом освещении. Определяли высоту гипокотилей, длину корней и массу семядольных листьев проростков. Оводненность растительного материала анализировали после его высушивания до постоянной массы при температуре 70 °C. Спектрофотометрическим методом определяли количество хлорофиллов a и b (при λ = 665 нм и λ = 649 нм), каротиноидов (λ = 440 нм), сахаров (λ = 490 нм), суммы растворимых фенольных соединений (λ = 725 нм), флавоноидов (λ = 415 нм) и фенилпропаноидов (λ = 330 нм) в этанольных экстрактах, полученных из семядольных листьев проростков разного возраста. Выращивание гречихи на питательной среде Хогланда-Арнона способствовало более быстрому росту надземных органов по сравнению с выращиванием на воде. Рост подземных органов в обоих случаях был одинаковым. Выявлены различия в накоплении фотосинтетических пигментов (хлорофилла a и b, каротиноидов) и сахаров в семядольных листьях у проростков: в опытных вариантах в большинстве случаев эти показатели были выше, чем в контрольных. Накопления фенольных соединений не столь явно зависело от условий минерального питания. Исключением было содержание фенилпропаноидов, которое в семядольных листьях проростков, выращенных на питательной среде, изменялось в большей степени по сравнению с контролем и достигало высоких значений в конце периода исследования. Следует также отметить, что при выращивании проростков гречихи сорта Даша на питательной среде в их семядольных листьях на поздних этапах онтогенеза отмечалось более значительное накопление пигментов (на 20 %, р ≤ 0,05 ), сахаров (на 33 %, р ≤ 0,05) и фенольных соединений (на 35 %, р ≤ 0,05) по сравнению с сортом Девятка. Таким образом, количество минеральных элементов имеет важное значение для начальных этапов онтогенеза растений гречихи обыкновенной. Более быстрый рост проростков и накопление первичных и вторичных метаболитов в их листьях характерны для опытных вариантов по сравнению с контролем. Использование различных условий минерального питания дает возможность регулировать рост и развитие растений, а также накопление в них различных метаболитов.
Ключевые слова: Fagopyrum esculentum Moench, гречиха, проростки, онтогенез, минеральное питание, пигменты, сахара, фенольные соединения, фенилпропаноиды, флавоноиды.
E.V. Tsypurskaya1, V.V. Kazantseva1, A.N. Fesenko2, N.V. Zagoskina1
Buckwheat (Fagopyrum esculentum Moench) is an important agricultural crop; Russia, China and Ukraine are the world leaders of its production. In addition to the unique nutritional characteristics, it is characterized by the formation of various phenolic compounds including rutin widely used in medicine. The study of the various metabolites formation at the initial growth stages as well as those under the different conditions of mineral nutrition is important for estimation of plant potential productivity and adaptation to environmental conditions. In this paper, we showed the regulatory effect of macro- and microelements on the growth and accumulation of primary and secondary metabolites in buckwheat plants. For the first time, the formation of primary and secondary metabolites in the aerial parts of a new and promising Russian buckwheat variety Dasha (approved by the State Register of the Russian Federation in 2018) has been characterized. The aim of this work was to study the initial stages of F. esculentum ontogenesis, including the assessment of the morphophysiological characteristics of seedlings under various mineral nutrition conditions, as well as the accumulation of photosynthetic pigments, sugars, and phenolic compounds in cotyledon leaves. Studies were conducted using two varieties of this culture included in the State Register of the Russian Federation in 2004 and 2018 (Devyatka and Dasha, respectively). Plant cultivation was carried out by a roll method in water (control) and Hoagland-Arnon nutrient medium (sample) at 24 °C and 16-hour illumination in laboratory conditions. In the seedlings, the height of the hypocotyls, the length of the roots, and the mass of cotyledon leaves was determined. The water content of the plant material was analyzed after it was dried to constant weight at 70 °C. The spectrophotometric method was used to determine the amount of chlorophylls a and b (λ = 665 nm and λ = 649 nm), carotenoids (λ = 440 nm), sugars (λ = 490 nm), the total amount of soluble phenolic compounds (λ = 725 nm), flavono-ids (λ = 415 nm) and phenylpropanoids (λ = 330 nm) in ethanol extracts from cotyledon leaves of seedlings of different ages. The cultivation of buckwheat on Hoagland-Arnon nutrient medium contributed to faster growth of aboveground organs compared to control; in contrast, the growth of underground organs was the same in both cases. In most cases, in the experimental samples, the differences in the accumulation of photosynthetic pigments (chlorophyll a and b, carotenoids) and soluble sugars in the cotyledons of two buckwheat varieties were revealed to be higher than in control. As for the accumulation of phenolic compounds, it was not obviously dependent on the level of mineral nutrition. As an exception, in cotyledons of seedlings cultivated on a nutrient medium, the content of phenylpropanoids changed to a greater extent compared to control and reached high values at the end of the investigation period. It should also be noted that on a nutrient medium at the late ontogenesis stages cotyledons of Dasha seedlings significantly accumulate pigments, sugars and phenolic compounds in comparison with Devyatka. Thus, the obtained data indicate that the amount of mineral elements is important for the initial stages of F. esculentum ontogenesis. Faster growth of seedlings and the accumulation of primary and secondary metabolites in their leaves is characteristic of the experimental samples, compared to the control. Therefore, in plant cultivation, the different levels of mineral nutrition make it possible to regulate the plant growth and development, as well as the accumulation of various metabolites.
Keywords: Fagopyrum esculentum Moench, buckwheat, seedlings, ontogenesis, mineral nutrition, pigments, sugars, phenolic compounds, phenylpropanoids, flavonoids.
1ФГБУН Институт физиологии растений |
Поступила в редакцию |
