Биосинтез аскорбиновой кислоты листьями ячменя в атмосфере азота

Г.Н. Чупахина, Н.Ф. Теплицкая (Калининградский государственный университет)

Увеличение содержания аскорбиновой кислота (АК) в растениях на свету связывается некоторыми исследователями с процессом фотосинтеза [1, 2]. По мнению других авторов [3, 4, 5], эта связь косвенная и АК не относится к числу прямых продуктов фотосинтеза. Так, Шопфер [6] указывает, что повышение содержания АК на свету обусловлено системой фитохрома и участие фотосинтеза в этом процессе не обнаружено. Непосредственное действие света в процессе биосинтеза АК подчеркивается в целом ряде работ [7, 8, 9].

С целью решения вопроса о наличии связи биосинтеза АК с процессом фотосинтеза нами исследовалась возможность образования двух форм АК - восстановленной и окисленной листьями проростков ячменя на свету в атмосфере азота, то есть в условиях, исключающих протекание фотосинтеза.

Объект и методы

Объектом исследования служили 7-8-дневные проростки ячменя (Hordeum vulgare L.) сорта "Майя". Листья опытных растений помещались на растворы в камеры из органического стекла, которые заполнялись азотом, очищенным от примесей других газов. Система очистки состояла из раскаленных медных стружек, щелочного раствора пирогаллола, сухих гранул калийной щелочи и концентрированной серной кислоты, последняя использовалась для улавливания паров влаги. Во время опыта циркуляция азота через камеры осуществлялась с помощью микрокомпрессора МК-2. Растения освещались светом ламп ЛДЦ-40 интенсивностью 17 тыс. эрг/см2с. Количественное содержание восстановленной и окисленной форм аскорбиновой кислоты определялось путем титрования растительных вытяжек 2,6-дихлорфенолиндофенолом до и после восстановления дегидроаскорбиновой кислоты сероводородом. Окисленная форма АК определялась по разнице этих титрований [10, с.88-91]. Полученные данные обработаны статистически.

Результаты и обсуждение

В опытах использовались проростки ячменя, предварительно выдержанные в темноте около 40 часов. Это снижало уровень АК, а в дальнейшем после перенесения проростков на свет способствовало более активному ее биосинтезу. Поскольку в этих условиях возобновляется процесс фотосинтеза, можно было предположить, что существует прямая связь между фотосинтезом и биосинтезом АК. Однако в наших опытах отмечено активное накопление восстановленной формы АК в освещенных листьях ячменя, находящихся на экзогенных субстратах в атмосфере азота, то есть в среде, исключающей протекание фотосинтеза. Так, за 8 часов опыта (табл. 1) количество восстановленной АК в листьях, находящихся на 0,005 М растворе глюкозы в атмосфере азота, увеличилось на 193% по сравнению с исходным ее содержанием. За это же время в освещенных проростках, находящихся на растворе глюкозы на воздухе, содержание АК увеличилось только на 136%.

Таблица 1

Биосинтез восстановленной АК в атмосфере азота 7-8-дневными проростками ячменя, плавающими на 0,005 М растворе глюкозы на свету (экспозиция 8 час.; интенсивность света 17 тыс.эрг/см2с)

Аналогичная закономерность отмечена и в серии опытов (табл. 2), где исследовалось накопление АК проростками ячменя, помещенными на 0,005 М раствор щавелевой кислоты, возможность использования которой в биосинтезе АК была показана нами ранее [11]. В листьях, плавающих на растворе щавелевой кислоты на свету в атмосфере азота, содержание АК увеличилось на 142%, а на воздухе - на 99%.

Таблица 2

Биосинтез восстановленной АК в атмосфере азота 7-8-дневными проростками ячменя, плавающими на 0,005 М растворе щавелевой кислоты на свету (экспозиция 8 час.; интенсивность света 17 тыс.эрг/см2с)

Таким образом, отсутствие в среде углекислого газа, необходимого для фотосинтеза, не только не препятствует процессу биосинтеза восстановленной формы АК из экзогенных субстратов, но даже способствует несколько большему ее накоплению по сравнению с нормальными условиями.

Факт большего накопления восстановленной АК в листьях, находящихся в атмосфере азота, можно объяснить тем, что восстановленная АК в этих условиях не отвлекается на процессы дыхания и фотосинтеза, в которых она принимает непосредственное участие в качестве донора электронов [12, 13]. С другой стороны, [7] в анаэробных условиях на свету происходит фотовосстановление предшественника АК, что также может приводить к увеличению количества восстанов