Физиология растений, 2020, T. 67, № 3, стр. 319-328

ВВЕДЕНИЕ

Представителями семейства Березовые (Betulaceae Gray), произрастающими на значительной территории в Восточной Сибири и Дальнего Востока России, являются береза повислая (Betula pendula Roth) и ольха кустарниковая (Alnus alnobetula subsp. fruticosa (Rupr.) Raus), граница ареала которых доходит до тундровой зоны субарктики [1]. Особенностями климата Якутии являются сравнительно короткий вегетационный период, экстремально низкие зимние (до –60°С) и высокие летние температуры воздуха (до +38°С), наличие многолетней мерзлоты и дефицит влаги, представляющие собой нерегулируемый абиотический сезонный стрессор. В естественных условиях понижение температуры, как правило, происходит постепенно, давая возможность растению перестроить свой метаболизм для формирования устойчивости к гипотермии [2]. Адаптивные изменения, происходящие в период действия низких закаливающих температур, протекают на всех уровнях структурной организации организма и затрагивают множество физиологических процессов, что обусловливает различные подходы к изучению проблемы устойчивости при гипотермии [3]. В последнее время изучение адаптационной пластичности древесно-кустарниковых видов приобретает особое значение в регионах, расположенных в пограничной зоне произрастания растительности [4]. Ранее при исследовании содержания липидов и жирных кислот (ЖК) в составе фракций в различные фазы развития почек у видов берез B. pendula и B. pubescens Ehrh., произрастающих в условиях Карелии, было показано, что весной (перед распусканием) в почках поддерживался довольно высокий уровень липидов, а при их распускании и формировании листовых пластинок количество суммарных липидов (СЛ) снижалось в 3–4 раза. При этом существенно повышался уровень содержания фосфолипидов (ФЛ) в связи с активным образованием клеточных структур. Было показано, что максимум накопления липидов приходится на осенне-зимний период при подготовке растений к глубокому физиологическому покою у берез, произрастающих в Карелии, поскольку накопление липидов обеспечивает защиту меристематических тканей в зимний период. Кроме того, запас питательных веществ необходим для успешного начала вегетации в весенний период следующего года [5]. Несмотря на то, что Республика Карелия и Республика Саха (Якутия) находятся на одной широте (62° с.ш.), они существенно различаются по климатическим факторам, особенно по температурному режиму. Карелия относится к зоне умеренного континентального климата с переходом к морскому, а Центральная Якутия располагается в условиях резко континентального климата, где многолетняя мерзлота (криолитозона) имеет повсеместное распространение [6]. Кроме того, климат Якутии является самым контрастным по температуре регионом мира с резко изменяющейся в течение года температурой воздуха. Годовая амплитуда температур может здесь составлять до 100°С. Поскольку ткани почек обладают большой чувствительностью к условиям перезимовки, они, в конечном итоге, и определяют выживание древесных организмов в экстремальных условиях произрастания. Поэтому при изучении влияния абиотических факторов на процессы жизнедеятельности древесных и кустарниковых видов, произрастающих в условиях многолетней мерзлоты, важным направлением является изучение влияния экстремально низких температур на липидный обмен у почек.

Как известно, низкотемпературный стресс вызывает изменения физико-химических свойств клеточных мембран. Изучение ультраструктурных перестроек в апикальной меристеме побега у вечнозеленых хвойных растений, возникающих в связи с адаптацией к низким температурам зимнего периода, показало, что происходит изменение расположения хлоропластов, уменьшение объема вакуолей, что способствует уменьшению вероятности образования кристаллов льда в клетке и изменению количества и форм митохондрий [7]. Сохранение целостности клеточных мембран при низких температурах определяется состоянием их компонентов. Большую устойчивость мембран растений связывают, в частности, с качественными и количественными изменениями в составе их липидов, прежде всего ФЛ и ЖК. Так, увеличение содержания ненасыщенных ЖК при гипотермии способствует повышению устойчивости мембран. Это объясняется более рыхлой упаковкой полиненасыщенных жирных кислот (ПНЖК), чем насыщенных в липидном бислое и области контакта ФЛ с белками, что придает мембране большую пластичность, текучесть и гибкость [8–10]. Однако вопросы липидного обмена у древесных и кустарниковых видов при адаптации их к экстремальным условиям произрастания остаются пока недостаточно изученными.

Целью наших исследований являлось изучение сезонной (лето, осень, зима) динамики содержания СЛ, ФЛ, а также ЖК состава суммарных липидов в почках древесных растений B. pendula и A. alnobetula subsp. fruticosa, произрастающих в условиях центральной части Республики Саха (Якутии).

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Растительный материал и условия произрастания. В качестве объектов исследования были использованы вегетативные почки березы повислой (Betula pendula) и ольхи кустарниковой (Alnus alnobetula subsp. fruticosa), произрастающих в Центральной Якутии. Почки отбирали со средней хорошо освещаемой части кроны. Сбор полевых материалов осуществляли на постоянных пробных площадях с трех деревьев каждого вида. Древесные и кустарниковые виды произрастают в лесопарковой зоне на территории Ботанического сада Института биологических проблем криолитозоны СО РАН, расположенного на второй надпойменной террасе долины р. Лены в 7 км к западу от г. Якутска (62°15′ с.ш., 129°37′ в.д.). Возраст древесно-кустарниковых растений 15–20 лет. Температуру воздуха на участках произрастания древесных видов регистрировали с помощью термографов DS 1922 LiBitton (“DallasSemiconductor”, США). Интервал между измерениями составил 1 ч. Точность измерения ±0.5°С (рис. 1). Средняя температура воздуха за вегетационный период (май–сентябрь) была около 14°C, сумма осадков – 163 мм. Минимальная температура воздуха в зимний период не опускалась ниже –48°C. Высота снежного покрова в декабре–январе составляла 44–48 см. Погодные условия в годы проведения эксперимента были типичными для Центральной Якутии [см.: https://rp5.ru/Архив_погоды_в_Якутске]. Начало заморозков отмечали в середине третьей декады сентября, устойчивый переход ночной температуры через 0°С – в начале октября.

Экстракция и анализ суммарных липидов. Для экстракции липидов навеску растительного материала (0.5 г) фиксировали в жидком азоте и растирали до получения гомогенной массы. Затем добавляли 10 мл смеси хлороформ : метанол (1 : 2 по объему), в которую был добавлен в качестве антиоксиданта ионол (из расчета 0.00125 г на 100 мл смеси хлороформ : метанол), тщательно перемешивали и оставляли на 30 мин до полной диффузии липидов в растворитель. Раствор переносили количественно в делительную воронку через фильтр, трижды промывали ступку и фильтр той же смесью растворителей. Для отделения нелипидных компонентов добавляли воду.

Для анализа суммарных липидов отделяли нижнюю хлороформную фракцию. Хлороформ (осч, стабилизированный 0.005% амилена) из липидного экстракта удаляли под вакуумом с помощью ротационного вакуумного испарителя RVO-64 (“Simax”, Чехия). Для контроля экстрагируемости липидов (%) использовали нонадекановую кислоту (С19:0), добавляя ее известное количество на этапе гомогенизации. Метиловые эфиры ЖК (МЭЖК получали по методу Christie [11]. Дополнительную очистку МЭЖК проводили методом ТСХ на стеклянных пластинках с силикагелем КСКГ (Россия), в качестве подвижной фазы использовали бензол. Для визуализации зоны МЭЖК (R_f= 0.71–0.73) пластинки опрыскивали 10% H₂SO₄ в MeOH и нагревали в сушильном шкафу при 100°С. Зону МЭЖК удаляли с пластинки шпателем и элюировали с силикагеля (н)-гексаном. Анализ МЭЖК проводили методом ГЖХ с использованием хромато-масс-спектрометра 5973/6890N MSD/DS (“Agilent Technologies”, США). Детектор – квадрупольный масс-спектрометр, способ ионизации – электронный удар, энергия ионизации 70 эВ; анализ проводили в режиме регистрации полного ионного тока.

Для разделения смеси МЭЖК использовали капиллярную колонку HP-INNOWax (“Agilent Technologies”, США) (30 м × 250 мкм × 0.50 мкм) со стационарной фазой (ПЭГ). Газ-носитель – гелий, скорость потока газа – 1 мл/мин. Температура испарителя – 250°С, источника ионов – 230°C, детектора – 150°С; температура линии, соединяющей хроматограф с масс-спектрометром, – 280°С. Диапазон сканирования – 41–450 а. e. м. Объем вводимой пробы – 1 мкл, делитель потока – 5 : 1. Разделение смеси МЭЖК выполняли в изотермическом режиме при 200°С. Для идентификации ЖК использовали библиотеку масс-спектров NIST 08, а также архив масс-спектров МЭЖК Christie [12]. Относительное содержание ЖК определяли методом внутренней нормализации – в весовых процентах (вес. %) от их общего содержания в исследуемом образце с учетом коэффициента отклика ЖК_.

Для характеристики степени ненасыщенности липидов использовали коэффициент ненасыщенности (k) и индекс двойной связи (ИДС) [13]:

где Р – содержание кислоты, %; P_j – содержание кислоты, %; n_j – количество двойных связей в каждой кислоте.

Активность ацил-липидных мембранных ω9-, ω6- и ω3-десатураз, отвечающих за введение двойных связей в углеводородные цепи олеиновой (С18:1(n-9)), линолевой (С18:2(n-6)) и α-линоленовой (С18:3(n-3)) ЖК, рассчитывали как стеароил- (SDR), олеоил- (ODR) и линолеил- (LDR) десатуразные отношения [14] по формулам:

Количественное определение ФЛ и их разделение на индивидуальные липиды проводили методом двумерной ТСХ с использованием систем растворителей. Первое направление: хлороформ : метанол : бензол : 28% аммиак (водный) в соотношении 65 : 30 : 10 : 6; второе направление: хлороформ : метанол : уксусная кислота : ацетон : бензол : вода, в соотношении 70 : 30 : 4 : 5 : 10 : 1. Для обнаружения и идентификации ФЛ в растительном материале использовали специфические реагенты: для фосфорсодержащих компонентов – молибденовый синий [15], для холин-содержащих липидов – реактив Драгендорфа, приготовленный по методу, описанному Вагнером с соавт. [16], для аминосодержащих липидов – 0.2% раствор нингидрина в ацетоне [17]. Количественное определение содержания ФЛ проводили по методу Васьковского [15].

Статистическая обработка. В таблицах представлены средние данные из 3–6 биологических повторностей и их стандартные отклонения. Статистическую обработку экспериментальных данных осуществляли с использованием пакета статистического анализа в среде Microsoft Office Excel 2010. Статистическую значимость различий сравниваемых средних значений оценивали с помощью t-критерия (P < 0.05).

РЕЗУЛЬТАТЫ

Значения абсолютного содержания СЛ в почках B. pendula и A. alnobetula subsp. fruticosa, соответствующие разным этапам их развития и фазам закаливания, представлены в таблице 1. Почки кустарника A. alnobetula subsp. fruticosa характеризовались в целом большим уровнем СЛ, чем почки B. pendula. Разница между этими видами по содержанию СЛ, в зависимости от месяца, достигала 1.1–1.3 раза, при этом она несколько сглаживалась к осеннему периоду, во время I фазы закаливания, при сокращении фотопериода и установлении низких положительных температур воздуха. В начале августа (05.08) во вновь сформированных почках B. pendula и A. alnobetula subsp. fruticosa отмечалось некоторое падение уровня СЛ по сравнению с июлем в 1.2 раза у обоих изученных видов. В дальнейшем количество СЛ заметно увеличивалось, достигая максимума во время глубокого физиологического покоя (20.09). Наиболее выраженное увеличение фонда СЛ отмечали с августа по сентябрь-октябрь, когда почки находились в I и II фазе закаливания. В это время продолжительность светового дня сократилась с 16.3 до 8.8 ч, а среднесуточная температура воздуха снизилась с 11–12°С до 2.2°С (рис. 1). С наступлением устойчивых отрицательных среднесуточных температур во второй половине октября и выпадением осадков в виде снега, темпы увеличения уровня СЛ замедлялись и оставались практически постоянными до зимнего периода. В целом, высокий уровень содержания суммарных липидов (до 284.1 мг/г сухой массы) в почках двух изученных древесно-кустарниковых видов, по всей вероятности, обеспечивает защиту меристематических тканей в зимний период и запас питательных веществ, необходимый для успешного начала вегетации весной следующего года [5].

Среди ФЛ (рис. 2) основным является фосфатидилхолин (ФХ), относительное содержание которого во время летне-осенней вегетации увеличивается у B. pendula от 26.5 до 36.2%, у A. alnobetula subsp. fruticosa – от 31.9 до 45.6% от суммы ФЛ, соответственно. Осенью, в период I фазы закаливания, содержание фосфатидилэтаноламина (ФЭ) увеличилось в почках B. pendula в 1.1 раза, а у A. alnobetula subsp. fruticosa снизилось в 1.6 раза по сравнению с летними показателями, что, по-видимому, связано с защитными реакциями растений на неблагоприятные условия среды. Уровень содержания фосфатидилглицерина (ФГ) у A. alnobetula subsp. fruticosa в летне-осенний период оставался неизменным, около 2–3 мг/г сухой массы, что составляет 4.6% от суммы ФЛ. У B. pendula уровень содержания ФГ от лета к осени снижался несущественно и составлял 5.1 мг/г сухой массы. После завершения ростовых процессов с наступлением периода покоя содержание фосфатидной кислоты (ФК) в почках B. pendula увеличивалось в 2.9 раза по сравнению с летними показателями. У A. alnobetula subsp. fruticosa (рис. 3) содержание ФК, наоборот, с наступлением I фазы закаливания снижалось и составляло 8.6 мг/г сухой массы, что соответствовало 15% от суммы ФЛ, что, вероятно, связано с межвидовыми различиями. В течение исследуемого периода в почках лиственных деревьев и кустарников присутствовал дифосфатидилглицерин (ДФГ), абсолютное содержание которого в почках B. pendula в осенний период увеличивалось в 1.4 раза по сравнению с летним сезоном. У A. alnobetula subsp. fruticosa количество ДФГ в летне-осенний период составляло от 1.8 до 2.1 мг/г сухой массы, что соответствовало 3.5–3.7% от суммы ФЛ. В целом, суммарное содержание ФЛ у B. pendula изменялось от летнего к осеннему периоду и увеличивалось в 1.7 раза. Этот показатель для A. alnobetula subsp. fruticosa не имел заметных сезонных различий, что тоже, вероятно, связано с видовыми особенностями липидного обмена. Важным показателем, характеризующим состояние мембран в норме и при стрессе, является соотношение ФХ/ФЭ [18]. При действии закаливающих низких температур воздуха у B. pendula соотношение ФХ/ФЭ повышалось в 2 раза, а у кустарника A. alnobetula subsp. fruticosa этот показатель повышался в 2.3 раза.

При анализе сезонных изменений МЭЖК почек B. pendula, обнаружено довольно большое разнообразие, как насыщенных, так и ненасыщенных с одной или несколькими двойными связями ЖК (табл. 2). В почках B. pendula во время летнего и осеннего периодов идентифицировано 12 и 10 ЖК, а в зимнем периоде 18 ЖК, соответственно. Среди насыщенных ЖК во все сезоны преобладала пальмитиновая кислота С16:0, содержание которой в летний период было выше на 11.8% по сравнению с осенним и на 10.5% – по сравнению с зимним периодом. Среди ненасыщенных ЖК у B. pendula отчетливой динамикой изменений содержания отличались две – линолевая С18:2 и α-линоленовая С18:3. Так, абсолютное и относительное содержание С18:2 выросло, когда почки проходили I фазу закаливания низкими положительными осенними температурами на 1.6 мг/г или 9.0%, а в зимний период, во время вынужденного покоя почек на 3.2 мг/г или 8.6%, соответственно, по сравнению с летними показателями. Абсолютное содержание α-линоленовой кислоты С18:3 в почках березы повышалось с наступлением низких положительных закаливающих температур. Так, у осенних проб ее содержание увеличивалось на 2.2 мг/г сухой массы, относительное содержание – на 12.8% от суммы ЖК, а с наступлением экстремально низких температур в зимний период (средняя температура воздуха –40°С) содержание данной кислоты повышалось на 2.8 мг/г сухой массы или на 7.9% от суммы ЖК по сравнению с летними показателями. Понижение температуры в зимний период вызывает повышение содержания суммы ненасыщенных ЖК на 6.9 мг/г сухой массы или на 18.9% от суммы ЖК. В летний период липиды почек B. pendula характеризовались высоким содержанием насыщенных ЖК на 22.8% больше, чем в осенний период. Все это в совокупности приводит к значительному повышению коэффициента k (табл. 2), что, вероятно, достаточно для формирования морозоустойчивости березы повислой. Сезонные изменения абсолютного и относительного содержания ЖК суммарных липидов и активности соответствующих десатураз отражены в изменениях соответствующих коэффициентов десатурации (SDR, ODR, LDR).

По сравнению с составом ЖК почек древесных растений B. pubescens и B. pendula var. carelica [19, 20], произрастающих в условиях Карелии, липиды почек B. pendula в условиях Центральной Якутии во все изученные периоды характеризовались более высоким уровнем насыщенности, что, возможно, связано с различиями в условиях произрастания (экстремально низкие температуры, отсутствие оттепелей) в Якутии, и который вносит существенный вклад в липидный обмен. Так, Ветчинниковой с соавт. [4] при изучении ЖК состава мембранных липидов в почках березы повислой в зимне-весенний период в условиях криолитозоны было показано, что в ФЛ и гликолипидах в почках березы повислой ненасыщенные жирные кислоты преобладают над насыщенными. Однако в условиях экстремально низких температур воздуха (–40°С и ниже) были зафиксированы наименьшие значения показателей ИДС ЖК и коэффициента ненасыщенности (k). Подъем отрицательных температур (–20°С и выше) в условиях криолитозоны (в марте) способствовал возрастанию уровня ненасыщенности мембранных липидов [4].

В почках A. alnobetula subsp. frutiсosa в условиях Центральной Якутии было идентифицировано всего 15 ЖК (табл. 3), имеющих более богатый качественный состав осенью (15 ЖК) и зимой (14 ЖК) по сравнению с летним периодом (10 ЖК). Среди насыщенных ЖК суммарных липидов преобладала пальмитиновая кислота С16:0, ее относительное содержание изменялось от 29.3 до 17.6% от суммы ЖК. Уровень стеариновой (С18:0) кислоты в составе липидов почек снижался к концу периода наблюдений (осенне-зимний период) на 1.9 и 2.2 мг/г сухой массы, по сравнению с летним периодом. Снижение уровня стеариновой кислоты, с одной стороны, может быть связано с ее элонгацией с образованием ЖК с очень длинной цепью С20:0 и С22:0, а с другой, – с ее десатурацией стеароил АПБ Δ9 десатуразой с образованием олеиновой (18:1ω9) кислоты [21]. Среди моноеновых ЖК преобладала пальмитолеиновая С16:1, содержание которой достигало максимума в летний период (8.7%). Относительное содержание линолевой кислоты С18:2 увеличилось осенью на 7.3% от суммы ЖК. В почках кустарника A. alnobetula subsp. frutiсosa уровень содержания α‑линоленовой кислоты С18:3 в зимний период повысился на 9% по сравнению с летними показателями. В целом, суммарное содержание ЖК от летнего к осеннему периоду увеличилось на 5.4 мг/г сухой массы, а от летнего к зимнему периоду – на 4.3 мг/г сухой массы. Интересным представляется тот факт, что по мере снижения температуры в составе ЖК суммарных липидов появляется ряд новых минорных ненасыщенных ЖК, в том числе изо-кислот: С16:1(n-7), i-С18:1 и С24:1(Δ15). Присутствие разветвленных изо-ЖК в составе липидов является характерным признаком ЖК липидов хлоропластов в зачаточных листовых пластинках [22]. При действии низких положительных температур содержание α-линоленовой кислоты С18:3 повышалось на 20.5% и достигало 30.9% от суммы ЖК по сравнению с летним периодом. Похожие результаты были получены при изучении почек березы повислой, произрастающей в условиях Карелии. Так, доля триеновых ЖК достигала 33.4% от суммы ЖК [19]. Следует отметить, что в составе липидов ЖК березы повислой и ольхи кустарниковой присутствовали длинноцепочечные ЖК. Поскольку почки этих растений покрыты липким налетом, ЖК с очень длинной цепью могли быть компонентами именно этих липидов [23]. Следует отметить, что в значительных количествах длинноцепочечные ЖК идентифицированы в липидах хвои Pinaceae [24]. Тетраеновые ЖК в липидах почек B. pendula и A. alnobetula subsp. frutiсosa нам обнаружить не удалось. Абсолютное содержание ненасыщенных ЖК в почках ольхи кустарниковой от летнего к осеннему и затем к зимнему периоду возрастало на 3.4 и 2.5 мг/г сухой массы, соответственно.

ОБСУЖДЕНИЕ

Как известно, современная природная среда Центральной Якутии имеет позднеледниковый характер и рассматривается как палеогеографический реликт, сохраняющийся благодаря суровым природно-климатическим условиям. До настоящего времени климат, ландшафты, растительность и почвенный покров здесь имеют позднеледниковые черты. Это проявляется как в характере современного холодного и резко континентального климата, так и в существовании условий жизнедеятельности растений, адаптированных к низкотемпературному стрессу при длительной осенне-зимней гипотермии [2]. Резко континентальный климат мерзлотных экосистем, по всей вероятности, способствовал тому, что в процессе длительной эволюции древесно-кустарниковые растения здесь выработали сложные механизмы биохимической адаптации к экстремально низким температурам, среди которых существенная роль отводится и метаболизму липидов.

Важным этапом перехода от стрессовых факторов первой фазы холодового закаливания к адаптационным реакциям является изменение экспрессии генов, выражающееся в ингибировании тех из них, которые контролируют рост, развитие и функционирование дыхательной электрон-транспортной цепи растений [10]. Из представленных данных в таблицах 1, 2 и 3 следует, что основное увеличение СЛ наблюдается в первой фазе закаливания. Начало накопления липидов в почках древесно-кустарниковых растений – это один из признаков покоящихся клеток меристемы, формирование которых на начальных этапах зависит в основном от снижения фотопериода [25], а затем от понижения температуры воздуха в осенний период. Предполагается также, что повышение содержания липидов и их жирных кислот, в частности ПНЖК, свидетельствует об активации под влиянием низких положительных температур генов (desA, desB), кодирующих синтез соответствующих десатураз [10]. Эти десатуразы участвуют в образовании линолевой и α-линоленовой кислот.

Структурно-функциональная роль и локализация мембранных липидов в клетках, как известно, различаются. Так, ФЛ являются ключевыми компонентами плазмалеммы и других непластидных эндомембран. Результаты исследования показывают неоднозначную картину ответной реакции ФЛ тканей почек морозоустойчивых древесно-кустарниковых растений на сезонное снижение температуры (рис. 1, 2). Формирование криорезистентности живых тканей почек сопровождается активным биосинтезом ФХ с 9.9 мг/г в летний период до 23.4 мг/г сухой массы в осенний период у B. pendula, и c 15.1 до 26.4 мг/г у A. alnobetula subsp. frutiсosa. Такое изменение липидного матрикса клеточных мембран можно рассматривать как типичную адаптивную реакцию на снижение температуры, свойственную различным растительным организмам. Вместе с повышением содержания ФХ были обнаружены также существенные изменения в составе ФЛ. Например, соотношение ФХ к ФЭ увеличивалось с наступлением глубокого физиологического покоя во время I фазы закаливания. Известно, что ФЛ различаются по размеру полярной головки и типу конфигураций ламеллярной (присущей ФХ) и гексагональной фазы (характерной для ФЭ) в липидном бислое [26]. Избыточность гексагональной фазы в биологической мембране, помимо разрыва бислойной структуры, может инициировать образование дополнительных пор и водных каналов и, соответственно, увеличить пассивную диффузию воды через мембраны. То есть изменение таких параметров, как соотношения ФХ/ФЭ, направлены на сохранение упорядоченности и структурированности мембран, необходимых для контроля за проницаемостью и функциональной активностью мембраны [27].

После обнаруженного нами увеличения содержания СЛ, ФЛ, в частности ФХ и соотношения ФХ к ФЭ, мы провели исследование изменения ЖК-состава липидов почек при закаливании к низким температурам криолиозоны Якутии. Из данных таблиц 2 и 3 следует, что повышение содержания ненасыщенных ЖК и понижение среднесуточной температуры воздуха в осенне-зимний период (сентябрь–декабрь) обусловило повышение коэффициента ненасыщенности (k) до 2.3 у B. pendula и до 1.8 у A. alnobetula subsp. fruticosa. Сентябрьское повышение k у Betula pendula было результатом стабильного снижения уровня олеиновой кислоты и увеличения относительного содержания линолевой и α-линоленовой кислот.

Полученные нами данные вполне согласуются с литературными. По результатам исследований Ветчинниковой с соавт. [19, 20], в условиях Республики Карелии в почках B. pendula поддерживался высокий уровень суммы ненасыщенных ЖК (до 89% от суммы ЖК) по сравнению с долей насыщенных ЖК. По данным Морозовой и соавт. [23], абсолютное содержание ЖК почек березы повислой в расчете на 1 г сухой массы достигало зимой (11.01) до 23 мг/г, аналогичные результаты получены нами при анализе почек B. pendula – 21.9 мг/г сухой массы в зимний период.

В осенне-зимние периоды в почках изучаемых видов наблюдалось максимальное содержание ПНЖК (до 62.4% от суммы ЖК у березы повислой и 59.9% у ольхи кустарниковой). В природно-климатических условиях криолитозоны Якутии такой уровень ПНЖК, вероятно, обеспечивает выживание древесных растений к действию низких положительных и экстремально низких отрицательных температур в эти периоды. В липидах почек B. pendula, произрастающих в условиях Карелии, относительное содержание ПНЖК было несколько ниже и достигало до 40.6% от суммы ЖК [23].

Уровень ODR в зачаточных листьях у исследованных растений с сентября по декабрь практически не изменялся и в летне- и осенне-зимний периоды составлял 0.9−1.0, что, возможно, является показателем слабой зависимости десатуразы FAD6 от температуры и освещенности в эти периоды [28].

В условиях криолитозоны период интенсивного роста побегов у березы и ольхи, как и у других древесно-кустарниковых пород, начинается с весеннего распускания почек и заканчивается в основном к первой половине вегетационного периода. В этот период листья на побегах достигают своего максимального развития и заложенные в их пазухах почки проходят фазу предварительного (коррелятивного) покоя по мере усиления иссушающего напряжения факторов внешней среды, затухания вегетативного роста побегов и замыкания апикальной почки на них. Состояние покоя почек углубляется, и они переходят в новое качественное состояние – в фазу глубокого покоя в осенний период. Основное значение данного физиологического состояния в годичном цикле развития растений березы и ольхи заключается в накоплении ими запасных веществ, необходимых для процессов вызревания, закладки генеративных органов, а также для приобретения необходимой устойчивости к неблагоприятным условиям перезимовки и успешной последующей вегетации. Следующий этап в развитии побегов приходится на период устойчивого понижения температуры до 0°C и ниже. Побеги проходят I и II этапы закаливания, и почки постепенно восстанавливают способность к распусканию. В этот период в побегах происходит интенсивное превращение высокомолекулярных запасных веществ в низкомолекулярные защитные метаболиты, главным образом в углеводы, стрессовые белки-дегидрины [2, 4, 6] и, как показано нами, повышается содержание липидных компонентов: СЛ, ФЛ, абсолютное и относительное содержание ненасыщенных ЖК. С прохождением органического покоя почки на побегах еще длительное время не прорастают, так как остаются в состоянии вынужденного покоя, обусловленного наличием во внешней среде неблагоприятных для роста условий. В условиях Центральной Якутии вынужденный покой весьма продолжительный и охватывает у березы повислой и ольхи кустарниковой в среднем 180–185 дней [2].

Известно, что закаливание к гипотермии приводит к повышению содержания ненасыщенных ЖК в клеточных мембранах растений, что, в свою очередь, ведет к снижению температуры фазового перехода и, следовательно, предотвращает образование твердой фазы. Гексагональная форма молекул характерна не для всех липидов, а лишь для тех, которые не способны образовывать бислойные мембраны. Также ЖК могут оказывать влияние на энергетическую активность митохондрий, находясь не в составе мембран, а в свободном состоянии [29].

Таким образом, анализ сезонной динамики липидов и их ЖК почек B. pendula и A. alnobetula subsp. frutiсosa позволяет предположить, что максимальное содержание ПНЖК в осенне-зимние периоды обусловлено влиянием комплекса климатических факторов криолитозоны Якутии, таких как сокращение продолжительности светового дня и экстремально низкие значения температуры воздуха (рис. 1), характерные для этого времени года. В летний период в составе липидов клеточных мембран почек наблюдалось повышенное содержание насыщенных ЖК, что, по всей вероятности, связано с уменьшением активности десатураз. В переходный осенний период сокращение фотопериода, наряду с низкими температурами, являлось стрессовым фактором для клеточных мембран и приводило к повышению как доли ФХ, так и соотношения ФХ к ФЭ, относительного содержания ненасыщенных ЖК и уровня α-линоленовой кислоты в СЛ.

Результаты были получены в рамках выполнения государственного задания Минобрнауки России (FSRG-2020-0019).

Настоящая статья не содержит каких-либо исследований с участием людей и животных в качестве объектов исследования. Авторы заявляют, что у них нет конфликта интересов.