Черкасова Д.М., Шупранова Л.В.

Дніпропетровський національний університет

 Україна, 49050, м. Дніпропетровськ, вул. Наукова, 13/ корп.17

                                                 E-mail:  darya.cherkasova@mail.ru

Фізіолого-біохімічні показники насіння різних видів роду Quercus L.

Важливим резервом оздоровлення життєвого простору за сучасної екологічної ситуації вченими і спеціалістами визнається більш широке використання потенційних можливостей зелених насаджень, як одного із засобів біологічного захисту оточуючого середовища [11]. Значної інтенсифікації лісового господарства і його екологічної ролі можна досягти внаслідок оновлення та покращення складу лісів шляхом впровадження швидкоростучих, високопродуктивних, стійких до забруднення атмосфери деревних порід [9]. Однією з найбільш важливих проблем в лісовій селекції є визначення особливостей відібраних за фенотипічними ознаками плюсових дерев і виділення серед них лісової еліти [3]. Ефективність добору цінних для селекції форм залежить від наявності точних методів їх оцінки, серед яких особливе місце займає метод білкових маркерів. Білкові маркери можуть бути використані в генетичному і філо­генетичному аналізі в широкому діапазоні - від алельної і генної мін­ливості до співставлення організмів в еволюційному плані на рівні ви­ду, роду, родини, класу і царства [7].

Для сортової ідентифікації і вирішення проблем, пов'язаних з мінливістю всередині виду і популяцій, необхідні генетично полімор­фні білкові системи, поліморфізм яких найкращим чином розкривається електрофорезом [1]. Це дає можливість по спектру компонентів поліморфного білка розрізня­ти генотипи і ідентифікувати сорти біотипи і лінії. Електрофорез дозволяє по-перше, розкривати множинність білка як багатокомпонентну систему, яка кодується гру­пами чи кластерами відповідних їм множинних генів, по-друге, вияв­ляти алелізм генів, оцінювати їх алельну структуру в популяціях [8].

За сучасного стану навколишнього середовища серед численних видів деревних рослин на особливу увагу заслуговують основні лісоутворюючі види роду Quercus L. Їх біологічні та анатомо-морфологічні особливості вивчені в достатній мірі [2, 4, 6], в той час як фізіолого-біохімічні дослідження практично не проводилися [5]. У зв’язку з цим було досліджено насіння різних видів роду Дуб (Quercus L.).

Об’єкти та методи дослідження

Об´єктом дослідження було насіння різних видів роду Дуб (Quercus L.). Рід Дуб відноситься до родини Букові (Fagaceae). Насіння збирали у вересні – жовтні 2006 року з районів міст Дніпропетровська, Києва, Новомосковська, Миргорода. Зразки жолудів збирали у кількості 10-40 штук. Були виміряні їх морфометричні показники.

Виділення білків з насіння дуба: насіння звільняли від верхньої оболонки і розмелювали на млині. Із свіжезмеленого насіння брали наважку 200 мг, переносили в центрифужну пробірку. Заливали 2 мл тріс-гліцинового буфера, рН=8,3 (302,85 мг тріса, 142,6 мг гліцина, 100 мл води). Екстракцію проводили протягом однієї ночі при +4°С. Центрифугували 15 хвилин при 8000 обертів за хвилину на холоді. Надосадову рідину (супернатант) зливали в пробірки. Супернатант використовували для визначення концентрації білка, амінокислотного складу та для електрофорезу.

Визначення концентрації білку проводили за методом Бредфорд [12]. Аналіз запасного білку насіння здійснювали за допомогою SDS-електрофорезу в поліакриламідному гелі у градієнті ПААГ – 12,5-17% згідно методу Леммлі [13]. Отримані дані були опрацьовані загальноприйнятими методами статистики [10].

Результати та їх обговорення

В роботі було досліджено фракційний склад насіння різних видів роду Quercus L. Визначаючи морфологічні показники насіння різних видів роду Quercus L., отримали результати, представлені в таблиці 1.

Таблиця 1 - Визначення морфологічних показників насіння різних видів роду Quercus L.

Зразки жолудів

Довжина, мм

Діаметр, мм

Вага, мг

1-Секція Lepidobalanus (Білі дуби)  

Дуб звичайний (Quercus robur) м. Миргород

30,97±0,89

14,08±0,55

3,48±0,46

Дуб звичайний (Quercus robur) Бот. Сад ДНУ

25,00±0,91

12,50±0,90

1,26±0,42

Дуб звичайний (Quercus robur) м. Новомосковськ

37,30±,67

17,01±0,83

3,56±0,81

Дуб звичайний (Quercus robur) територія КБК

30,50±0,50

15,20±0,75

5,53±0,31

Дуб пухнастий (Quercus pubescens)

11,70±0,43

6,80±0,67

0,89±0,53

2-Секція Mesobalanus

Дуб крупнопильниковий (Quercus macranthera)

28,86±0,56

14,35±0,47

4,56±0,38

3-Секція Cerris

Дуб троянський (Quercus trojana)

36,91±0,74

19,38±0,76

5,67±0,42

4-Секція Lobatae (Червоні дуби)

Дуб червоний (Q. rubra)

22,22±0,90

18,89±0,83

3,82±0,54

Дуб шарлаховий (Q.coccinea)

23,96±0,76

17,68±0,71

3,96±0,73

Дуб серповидний (Q.falcata)

21,36±0,69

17,64±0,68

3,15±0,47

Дуб бархатистий (Q.velutina)

21,30±0,40

18,17±0,62

2,83±0,66

Дуб черепитчатий (Quercus imbricaria)

10,65±0,47

9,37±0,54

0,91±0,62

 

Лінійні розміри Секції Lepidobalanus (Білі дуби)

Довжина насіння Д. звичайного з м. Миргорода варіює в межах від 26 до 34 мм. Максимальна довжина жолудя перевищує мінімальну на 24%. Коливання діаметру знаходяться в межах від 11,5 до 17 мм. Максимальний діаметр перевищує мінімальний на 32%. Вага  в межах від 2,1 до 4,4 мг. Максимальна вага перевищує мінімальну на 52%.

Зразки з ботанічного саду коливаються в межах від 17 до 30 мм – перевищення на 43%. Діаметр в межах від 11 до 14 мм, тобто максимальний перевищує мінімальний на 21%. Вага варіює від 1,0 до 2,7 мг, різниця складає 62%.

З м. Новомосковська довжина варіює від 35 до40 мм – максимальна довжина на 12,5% перевищує мінімальну. Варіювання діаметру в межах від 15 до 18 мм, тобто різниця становить 16,6%. Вага коливається від 5,1 до 5,9 мг, тобто максимальна перевищує мінімальну на 14%.

На території ДНУ, біля КБК максимальна довжина жолудя вище мінімальної на 39%. Довжина коливається в межах від 23 до 38 мм. Діаметр варіює від 14 до 17 мм. Різниця між мінімальним і максимальним становить 17,6%. Варіація ваги знаходиться в межах від 2,5 до 5,4 мг, що становить значну різницю в 54%.

Довжина насіння пухнастого дуба коливається в межах від 9,6 до 12,3 мм, тобто максимальна довжина перевищує мінімальну на 22%. Значення діаметру коливається в діапазоні від 5, 8 до 7,3 мм, що становить різницю в 21 %. Вага жолудів варіює від 0,7 до 1,2 мг, різниця складає 42 %.

Лінійні розміри представників Секції Mesobalanus

Довжина жолудів крупнопильникового дуба коливається в межах від 26 до 30,6 мм, що досягає різниці в 16%. Діаметр насіння становить від 12,8 до 16,1 мм, тобто максимальне значення перевищує мінімальне на 21%. Вага варіює в межах від 3,8 до 5,4 мг, що становить значну різницю в 30%.

Лінійні розміри представників Секції Cerris

Довжина насіння троянського дуба коливається в межах від 34,2 до 38,1 мм, тобто максимальна довжина перевищує мінімальну на 10%. Значення діаметру коливається в діапазоні від 17,5 до 21 мм, що становить різницю в 17 %. Вага жолудів варіює від 4,7 до 6,2 мг, різниця складає 24 %.

Лінійні розміри представників Секції Lobatae (Червоні дуби)

Дуб червоний: довжина насіння коливається в межах від 20 до 23 мм –максимальний показник перевищує мінімальний на 13%; діаметр варіює від 17 до 20 мм – максимум перевищує мінімум на 15%; вага варіює від 3,0 до 4,2 мг – різниця 29%.

Дуб шарлаховий: довжина жолудів коливається в межах 18-27 мм – перевищення на 33%; діаметр варіює від 15 до 20 мм – максимальний показник перебільшує мінімальний на 25%; вага знаходиться в межах від 1,9 до 4,6 мг – різниця становить 59%.

Дуб серповидний: довжина насіння варіює від 18 до 25 мм, що становить різницю в 33%; діаметр коливається від 14 до 20 мм – максимальне значення перевищує мінімальне на 30%; вага знаходиться в межах від 1,6 до 3,5 мг – різниця складає 54%.

Дуб бархатистий: довжина жолудів коливається від 15 до 25 мм – максимальний  показник на 40% перевищує мінімальний; діаметр складає від 14 до 22 мм – різниця між ними 36%; вага варіює від 1,4 до 4,3 мг – максимальне значення перевищує мінімальне на 70%.

Дуб черепитчатий:  довжина насіння варіює від 8 до 11 мм, різниця показників складає 27%; діаметр коливається від 7,8 до 10 мм, що становить різницю в 22%; вага знаходиться в межах від 0,8 до 1,2 мг, максимальне значення перебільшує мінімальне на 33%.

Аналіз білкових компонентів в насінні різних видів роду Quercus L. представлено в таблиці 2. Результати показують, що концентрація білку в насінні представників секції Lepidobalanus (Білі дуби)  варіює в межах 0,8 – 2,5 мг/мл, а в представників секціі Червоні дуби в межах 1,7 – 2,3мг/мл. Секція Mesobalanus, представлена крупнопильниковим дубом, концентрація білку в якому становить 1,4 мг/мл. Концентрація білку дуба троянського, який є представником секції Cerris, становить 1,5 мг/мл.

 

 

Таблиця 3 - Вміст альбумінів і глобулінів в насінні видів Дуба

 

Зразки жолудів

Альбуміни

Глобуліни

Загальний вміст

1-Секція Lepidobalanus (Білі дуби)  

Дуб звичайний (Quercus robur) м. Миргород

0,61±0,072

0,28±0,056

0,83±0,056

Дуб звичайний (Quercus robur) Бот. Сад ДНУ

2,18±0,063

1,35±0,049

2,50±0,128

Дуб звичайний (Quercus robur) м. Новомосковськ

0,92±0,074

0,49±0,032

1,95±0,084

Дуб звичайний (Quercus robur) територія КБК

0,09±0,005

0,04±0,003

1,80±0,085

Дуб пухнастий (Quercus pubescens)

0,34±0,047

0,32±0,055

1,04±0,073

2-Секція Mesobalanus

Дуб крупнопильниковий (Quercus macranthera)

0,05±0,009

0,025±0,005

1,38±0,093

3-Секція Cerris

Дуб троянський (Quercus trojana)

0,22±0,008

0,07±0,009

1,55±0,115

4-Секція Lobatae (Червоні дуби)

Дуб червоний (Q. rubra)

0,62±0,065

0,59±0,080

2,31±0,129

Дуб шарлаховий (Q.coccinea)

0,53±0,073

0,14±0,021

2,10±0,121

Дуб серповидний (Q.falcata)

0,86±0,062

0,27±0,035

2,01±,128

Дуб бархатистий (Q.velutina)

0,23±0,048

0,13±0,051

2,32±0,089

Дуб черепитчатий (Quercus imbricaria)

1,065±0,052

0,61±0,059

1,70±0,074

Максимальна концентрація білку міститься в зразках Д. звичайного, взятих з ботанічного саду ДНУ. Вона перевищує максимальний вміст білку в зразках секцій Mesobalanus, Cerris, Lobatae (Червоні дуби) на 44%, 40%, 32% відповідно. Взагалі концентрація білку в зразках жолудів знаходиться в обернено пропорційній залежності до ваги даних зразків. Дані види були взяті для визначення вмісту альбумінів і глобулінів і аналізу їх співвідношення.

Таблиця 4 - Співвідношення альбумінів і глобулінів в насінні видів Дуба

Зразки жолудів

Альбуміни, %

Глобуліни,%

Співвідношення

1-Секція Lepidobalanus (Білі дуби)  

Дуб звичайний (Quercus robur) м. Миргород

68

32

2,1:1

Дуб звичайний (Quercus robur) Бот. Сад ДНУ

62

38

1,6:1

Дуб звичайний (Quercus robur) м. Новомосковськ

65

35

1,9:1

Дуб звичайний (Quercus robur) територія КБК

69

31

2,2:1

Дуб пухнастий (Quercus pubescens)

51

49

1:1

2-Секція Mesobalanus

Дуб крупнопильниковий (Quercus macranthera)

67

33

2:1

3-Секція Cerris

Дуб троянський (Quercus trojana)

76

24

3,2:1

4-Секція Lobatae (Червоні дуби)

Дуб червоний (Q. rubra)

51

49

1:1

Дуб шарлаховий (Q.coccinea)

79

21

3,8:1

Дуб серповидний (Q.falcata)

76

24

3,2:1

Дуб бархатистий (Q.velutina)

64

36

1,8:1

Дуб черепитчатий (Quercus imbricaria)

64

36

1,8:1

 

Висновки

1.                 Концентрація білку в насінні представників секції Lepidobalanus (Білі дуби)  варіює в межах 0,8 – 2,5 мг/мл, а в представників секціі Червоні дуби в межах 1,7 – 2,3мг/мл. Секція Mesobalanus, представлена крупнопильниковим дубом, концентрація білку в якому становить 1,4 мг/мл. Концентрація білку дуба троянського, який є представником секції Cerris, становить 1,5 мг/мл.

2.                 Максимальна концентрація білку міститься в зразках Д. звичайного, взятих з ботанічного саду ДНУ. Вона перевищує максимальний вміст білку в зразках секцій Mesobalanus, Cerris, Lobatae (Червоні дуби) на 44%, 40%, 32% відповідно.

3.                 Альбумінова фракція переважає над глобуліновою на 32%. Співвідношення альбумінів до глобулінів становить відповідно 2:1.

 

Література

1. Белковые маркеры в сортовой идентификации и регистрации гене­тических ресурсов культурных растений.- Сб. научн. тр. по при­кладной ботанике, генетике и селекции, Т. 114, Ленинград, 1987.

2. Гвоздяк Р.И., Гордиенко М.И., Гойчук А.Ф. Дуб черешчатый в Украине, Киев: Наукова думка, 1993

3.  Испытательные культуры дуба черешчатого, Бєлоус В.І., Киев, 1999

4. Каплуненко Н.Ф. Интродукция дубов на Украину, Киев: Наукова думка, 1981, 161с.

5.  Колобкова Е.В. К изучению белков в семенных растениях порядка букоцветных. – Бюл. гл. ботан. сада, 1966, вып.62, с.39-45.

6. Минина Е.Г. Биологические основы плодоношения дуба. – Лесное хозяйство, 1952, №1, с.67-98

7. Молекулярно-биологические    аспекты    прикладной     ботаники, генетики и селекции. Том. I. Москва; Колос. 1993. - С. 60-71

8.  Остерман Л.А.  Методы исследования белков и нуклеиновых ки­слот. - М.: Наука, 1981.

9.  Полякова О.Г., М’якушко В.К.- “За” і “проти” інтродукції Дуба червоного (Quercus rubra L.) в ліси полісся України.-  Науковий вісник національного аграрного університету, вип.13, К. 1999, с.271-275

10. Шмидт В.М. Математические методы в ботанике. Л., 1984

11. Шумик М.І. Біоекологічні особливості видів роду Quercus L в умовах техногенного та урбанізованого середовища.-Автореферат дисертації на здобуття вченого ступеня кандидата біол. наук., К. 1995

12. Braddford M.M. A rapid and sensitive method for quantitation or microgram quantities of protein untilizing the principle of protein dye binding // Anal. Biochem. – P.248 - 254

13. Laemmli U. K. Cleavage of structural proteins during the assembly of the head of backteriophage T4 //Nature.-1970.-227, N 5259.-P. 680-685