1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Физиология растений
  4. T. 70, № 5, 2023

Физиология растений, 2023, T. 70, № 5, стр. 472-483

Интенсивность освещения влияет на состав жирных кислот суммарных липидов листьев и корней базилика (Ocimum basilicum L.)

Т. В. Иванова a, *, А. С. Воронков a

a Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физиологии растений им. К. А. Тимирязева Российской академии наук
Москва, Россия

* E-mail: itv_2006@mail.ru

Поступила в редакцию 13.03.2023
После доработки 23.03.2023
Принята к публикации 26.03.2023

Аннотация

Исследованы вегетативные органы базилика обыкновенного (Ocimum basilicum L.), выращенного в водной культуре при разных уровнях освещения (50, 100 и 150 мкмоль квантов ФАР/(м2 с)) в течение 21 сут. В работе использовали популярный в агрокультуре сорт базилика “Фиолетовый бархат”, имеющий интенсивно окрашенные листья. Определяли биомассу, содержание воды и состав жирных кислот (ЖК) суммарных липидов в листьях и корнях растений и содержание малонового диальдегида и хлорофиллов (a, b) в надземной части растений. Показана чувствительность состава ЖК и морфофизиологических показателей (биомассы и содержания хлорофилла в листьях) растений O. basilicum к интенсивности освещения. Наибольший эффект вызывал режим интенсивности освещения 150 мкмоль/(м2 с). Видовой состав ЖК O. basilicum при всех режимах освещения был шире в липидах корней, однако более выраженные изменения в качественном составе ЖК наблюдались в листьях. Фотозависимая регуляция компонентного состава ЖК O. basilicum проявлялась в увеличении доли ненасыщенных ЖК, особенно полиеновых, что приводило к повышению индекса ненасыщенности (ИН) этерифицированных ЖК липидов. Наибольшие показатели ИН получены при освещении 150 мкмоль/(м2 с). При этом с увеличением интенсивности освещения происходило достоверное увеличение активности ω-3 и ω-9-десатураз, что свидетельствует в пользу их светозависимой активации. Таким образом, повышение интенсивности освещения до определенных величин прямо пропорционально влияет на физиологические показатели O. basilicum. Максимальные показатели продуктивного роста и реализация адаптационных механизмов зеленых и подземных частей растений базилика соответствуют освещению 150 мкмоль/(м2 с).

Ключевые слова: Ocimum basilicum, адаптация, активность десатураз, жирные кислоты с очень длинной цепью, интенсивность освещения

Список литературы

  1. De Keyser E., Dhooghe E., Christiaens A., Van Labeke M.-C., Huylenbroeck J.V. LED light quality intensifies leaf pigmentation in ornamental pot plants // Sci. Hortic. 2019. V. 253. P. 270. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2019.04.006

  2. Pashkovskiy P., Vereshchagin M., Kreslavski V., Ivanov Y., Kumachova T., Ryabchenko A., Voronkov A., Kosobryukhov A., Kuznetsov V., Allakhverdiev S.I. Effect of phytochrome deficiency on photosynthesis, light-related genes expression and flavonoid accumulation in Solanum lycopersicum under red and blue light // Cells. 2022. V. 11. P. 3437. https://doi.org/10.3390/cells11213437

  3. Lobiuc A., Vasilache V., Oroian M., Stoleru T., Burducea M., Pintilie O., Zamfirache M.M. Blue and red LED illumination improves growth and bioactive compounds contents in acyanic and cyanic Ocimum basilicum L. microgreens // Molecules. 2017. V 22. P. 2111. https://doi.org/10.3390/molecules22122111

  4. Kreslavski V.D., Los D.A., Schmitt F.J., Zharmukhamedov S.K., Kuznetsov V.V., Allakhverdiev S.I. Theimpact of the phytochromes on photosynthetic processes // BBA-Bioenerg.2018. V. 1859. P. 400. https://doi.org/10.1016/j.bbabio.2018.03.003

  5. Stetsenko L.A., Pashkovsky P.P., Voloshin R.A., Kreslavski V.D., Kuznetsov Vl.V., Allakhverdiev S.I. Role of anthocyanin and carotenoids in the adaptation of the photosynthetic apparatus of purple- and green-leaved cultivars of sweet basil (Ocimum basilicum) to high-intensity light // Photosynthetic. 2020. V. 58. P. 890. https://doi.org/10.32615/ps.2020.048

  6. Voronkov A.S., Ivanova T.V., Kumachova T.K., Kozhevnikova A.D., Tsydendambaev V.D. Polyunsaturated and very-long-chain fatty acids are involved in the adaptation of maloideae (Rosaceae) to combined stress in the mountains // Chem. Biodivers. 2020. V 17. e1900588. https://doi.org/10.1002/cbdv.201900588

  7. Fernandes F., Pereira E., Círić A., Soković M., Calhelha R.C., Barros L., Ferreira I.C. Ocimum basilicum var. purpurascens leaves (red rubin basil): a source of bioactive compounds and natural pigments for the food industry // Food Funct. 2019. V. 10. P. 3161. https://doi.org/10.1039/C9FO00578A

  8. Idris A.A., Nour A.H., Ali M.M., Erwa I.Y., Ishag O.A.O., Nour A.H. Physicochemical properties and fatty acid composition of Ocimum basilicum L. seed oil // AJPCS. 2020. V.8. P 1. https://doi.org/10.9734/ajopacs/2020/v8i130104

  9. Mostafavi S., Asadi-Gharneh H.A., Miransari M. The phytochemical variability of fatty acids in basil seeds (Ocimum basilicum L.) affected by genotype and geographical differences // Food Chem. 2019. V. 276. P. 700. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2018.10.027

  10. Hoagland D.R., Arnon D.I. The water-culture method for growing plants without soil. // Soil Sci. 1950. V. 48. P. 4.

  11. Lichtenthaler H.K. Chlorophylls and carotenoids: pigment of photosynthetic biomembranes // Method. Enzymol.1987. V. 148. P. 350.

  12. Heath R.L., Packer L. Photoperoxidation in isolated chloroplasts: I. Kinetics and stoichiometry of fatty acid peroxidation // Arch. Biochem. Biophys. 1968. V. 125. P. 189.

  13. Voronkov A.S., Ivanova T.V., Kumachova T.K. The features of the fatty acid composition of Pyrus L. total lipids are determined by mountain ecosystem conditions // Plant Physiol. Bioch. 2022. V. 170. P. 350. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2021.12.021

  14. Ivanova T.V., Voronkov A.S., Kumachova T.KH., Tsydendambaev V.D. Distinguishing features of fatty acid content and composition in total lipids of Malus orientalis Uglitzk. pericarp // Russ. J. Plant Physiol. 2020. V. 67. P. 463. https://doi.org/10.1134/S1021443720030127

  15. Voronkov A., Ivanova T. Significance of lipid fatty acid composition for resistance to winter conditions in Asplenium scolopendrium // Biology. 2022. V. 11. P. 507. https://doi.org/10.3390/biology11040507

  16. Voronkov A.S., Ivanova T.V., Kuznetsova E.I., Kumachova T.Kh. Adaptations of Malus domestica Borkh. (Rosaceae) fruits grown at different altitudes // Russ. J. Plant Physiol. 2019. V. 66. P. 922. https://doi.org/10.1134/S1021443719060153

  17. Xin P., Li B., Zhang H., Hu J. Optimization and control of the light environment for greenhouse crop production //Scientific Rep. 2019 V. 9. P. 8650. https://doi.org/10.1038/s41598-019-44980-z

  18. Allakhverdiev S.I., Kreslavski V.D., Klimov V.V., Los D.A., Carpentier R., Moharty P. Heat stress: an overview of molecular responses in photosynthesis // Photosynth. Res. 2008. V. 98. P. 541. https://doi.org/10.1007/s11120-008-9331-0

  19. Mareri L., Parrotta L., Cai G. Environmental Stress and Plants // Int. J. Mol. Sci. 2022. V. 23. P. 5416. https://doi.org/10.3390/ijms23105416

  20. Galväo V., Fankhauser C. Sensing the light environment in plants: photoreceptors and early signiling steps // Curr. Opin. Neurobiol. 2015. P. 46. https://doi.org/10.1016/j.conb.2015.01.013

  21. Carvalho S.D., Schwieterman M.L., Abrahan C.E., Colquhoun T.A., Folta K.M. Light quality dependent changes in morphology, antioxidant capacity, and volatile production in sweet basil (Ocimum basilicum) // Front. Plant Sci. 2016. V.7. P. 1328. https://doi.org/10.3389/j.fpls.2016.01328

  22. Зотов В.С., Болычевцева Ю.В., Хапчаева С.А., Терехова И.В., Шубин В.В., Юрина Н.П., Кульчин Ю.Н. Влияние спектрального состава освещения на выход биомассы, флюоресценцию хлорофилла фотосистемы 2 и общее содержание эфирных масел у Ocimum basilicum // Прикладная биохимия и микробиология. 2020. Т. 56. С. 283.https://doi.org/10.31857/S0555109920030174

  23. Kosobryukhov A.A., Kreslavski V.D., Khramov R.N., Brakkova L.R., Shchelokov R.N. Effect of additional low intensity luminescence radiation 625 nm on plant growth and photosynthesis // Biotronics. 2000. V. 29. P. 23.

  24. Feng L., Raza M.A., Li Z., Chen Y., Khalid M.H.B., Du J., Liu W., Wu X., Song C., Yu L., Zhang Z., Yuan S., Yang W., Yang F. The influence of light intensity and leaf movement on photosynthesis characteristics and carbon balance of soybean // Front. Plant Sci. 2019. V. 9. P. 1952. https://doi.org/10.3389/fpls.2018.01952

  25. Турманидзе Н.М., Долидзе К.Г. Pезультаты изучения динамики содержания пластидных пигментов в листьях чайного растения // Фундаментальные исследования. 2014. Т. 9. С. 2009.

  26. Liang X., Qian R., Wang D., Liu L., Sun C., Lin X. Lipid-derived aldehydes: new key mediators of plant growth and stress responses // Biology. 2022. V. 11. P. 1590. https://doi.org/10.3390/biology11111590

  27. Kurganova L.N., Veselov A.P., Goncharova T.A., Sinitsyna Yu.V. Lipid peroxidation and antioxidant systems of protection against heat shock in pea (Pisum sativum L.) chloroplasts // Russ. J. Plant Physiol. 1997. V. 44. P. 630.

  28. Angers P., Morales M.R., Simou J.E. Fatty acid variation in seed oil among Ocimum species // JAOCS. 1996. V. 73. P. 393.

  29. Malik M.S., Sattar A., Khan S.A. The fatty acids of indigenous resources from possible industrial applications. part xvii: the fatty acid composition of the fixed seed oils of Ocimum basilicum and Ocimum album seeds // Pakistan J. Sci. Ind. Res. 1989. V.32. P. 207.

  30. Тарчевский И.А. Метаболизм растений при стрессе. Казань: Фэн. 2001. 448 с.

  31. Los D., Murata N. Structure and expression of fatty acid dessaturases // Biochem. Biophys. Acta. 1998. V. 1394. P. 3.

  32. Лось Д.А. Десатуразы жирных кислот. М.: Научный мир, 2014. 373 с.

  33. Farkas T. Adaptation of fatty acid composition to temperature – a study on carp (Cyprinu scarpio L.) livir slices // Comp. Biochem. Physiol. 1984. V. 79. P. 531.

  34. Millar A.A., Smith M.A., Kunst L. All fatty acid and not equal: discrimination in plant membrane lipids // Trends Plant Sci. Rev. 2000. V. 5. P. 95. https://doi.org/10.1016/s1360-1385(00)01566-1

  35. Ntambi J.M. Regulation of stearoyl-CoA desaturase by polyunsaturated fatty acid and cholesterol // J. Lipid Res. 1999. V. 40. P. 1549.

  36. Paz Ramos A., Lague P., Lamoureux G., Lafleur M. Effect of saturated very long-chain fatty acids on the organization of lipid membranes: a study combining 2H NMR spectroscopy and molecular dynamics simulations // J. Phys. Chem. B. 2016. V. 120. P. 6951. https://doi.org/10.1021/acs.jpcb.6b04958

  37. Bach L., Gissot L., Marion J., Tellier F., Moreau P., Satiat-Jeunemaitre B., Palauqui J.-C., Napier J.A., Faure J.-D. Very-long-chain fatty acids are required for cell plate formation during cytokinesis in Arabidopsis thaliana // J. Cell Sci. 2011. V. 124. P. 3223. https://doi.org/10.1242/jcs.074575

  38. Nobusawa T., Okushima Y., Nagata N., Kojima M., Sakakibara H., Umeda M. Synthesis of very-long-chain fatty acids in the epidermis controls plant organ growth by restricting cell proliferation // PLoS Biol. 2013. V. 11. e1001531. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.1001531

  39. Roudier F., Gissot L., Beaudoin F., Haslam R., Michaelson L., Marion J., Molino D., Lima A., Bach L., Morin H., Tellier F., Palauqui J.-C., Bellec Y., Renne C. et al. Very-long-chain fatty acids are involved in polar auxin transport and developmental patterning in Arabidopsis // Plant Cell. 2010. V. 22. P. 364. https://doi.org/10.1105/tpc.109.071209

  40. Tarchoune I., Baatour O., Harrathi J., Hamdaoui G., Lachaa M., Ouerghi Z., Marzouk B. Effect of two sodium salts on fatty asid and essential oil composition of basil (Ocium basilicum L.) // Acta Physiol. Plant. 2013. V. 35. P. 2365. https://doi.org/10.1007/s11738-013-1271-4

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Физиология растений

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал