Биологические науки/2.Структурная ботаника и биохимия растений.

Артюшина И.Ю.

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Москва, Россия

Изменение качественных и количественных характеристик аромата срезанных роз в зависимости от состава

питательного раствора

Роза выращивается практически во всех странах мира как садовое растение, на срезку и в качестве источника эфирного масла. Современные сорта роз на срезку часто не имеют своего специфического запаха, что подчеркивает важность управления синтезом и эмиссией запаха в декоративных культурах [11]. Большинство исследований натуральных ароматических соединений, проведенные за последние десятилетия, были направлены на определение их структуры и способов химического синтеза в масштабах производства [5]. В настоящее время считается, что большинство летучих соединений растения происходит из трех основных классов веществ: терпеноиды, фенилпропаноиды/бензеноиды и производные жирных кислот, которые, как правило, значительно модифицируются (окисляются, метилируются, этерифицируются и т.д.). Вопросы, касающиеся модификации цветочного аромата, исследовались, главным образом, с позиций генной инженерии [8]. Однако генный подход, сам по себе, не может быть достаточным для изменения цветочного аромата. Согласно ряду авторов, нехватка доступного субстрата для биосинтеза пахучих веществ является одним из главных лимитирующих факторов этого процесса [10].

Идея метаболического влияния на цветочный аромат заключается в применении к питанию растения композиции, состоящей, по меньшей мере, из одного предшественника цветочного аромата [2]. Это такое вещество, которое принимает непосредственное участие в синтезе компонентов аромата растения, и при добавлении которого в питательный субстрат будет изменяться биосинтез и эмиссия этих соединений. Согласно ряду авторов [2, 6], примеры предшественников, которые могут быть использованы, включают ряд веществ, в т.ч. бензойную и ацетилсалициловую кислоты и фенилаланин [4, 9], которые были выбраны нами для проведения экспериментов.

Цель настоящей работы заключается в определении действия предшественников цветочного аромата при добавлении их в питательный раствор на качественные и количественные характеристики запаха срезанных роз, выращенных в защищенном грунте.

Для проведения исследования был выбран сорт роз, обладающих слабым, невыраженным ароматом, - сорт Flash Night. Эксперименты проводили со срезанными цветами роз. Для приготовления питательных растворов использовали раствор на основе смеси Кнопа (контрольный вариант – Кнтр) со следующими добавками: фенилаланин (1 мг/мл – ФА, 2 мг/мл – ФА*2); ацетилсалициловая кислота (1 мг/мл – АЦ, 2 мг/мл – АЦ*2); бензойная кислота (1 мг/мл – БК, 2 мг/мл – БК*2). Растворы готовили в стеклянных сосудах емкостью 500 мл. Изучаемое время экспозиции 24, 48 и 72 часа.

Изменение аромата было принято фиксировать по качественным и количественным характеристикам выделяемых растением соединений, анализируя их методом газовой хроматографии – масс- спектрометрии.

Для анализа летучих компонентов использовали твердофазную адсорбцию на угле (активированный уголь марки «Serva» с удельной площадью сорбции 717,7 м2/г по N2), который наносили тонким слоем на дно чашечки Петри (D=4см), с последующей экстракцией сорбированных веществ диэтиловым эфиром.

Улавливание проводили в термостате при температуре 50ºС в условиях постоянной циркуляции воздуха (использовали насос Aim A-2500, скорость потока воздуха 1,2 л/мин) через стеклянную емкость, заполненную цветками роз (8-10 шт, 15-20 г), в течение часа.

Для оценки изменения синтеза компонентов аромата кроме метода газовой хроматографии-масс-спектрометрии использовали также биохимический маркер (соединение, по которому можно косвенно судить об интенсивности процесса биосинтеза компонентов аромата). Исходя из известных биохимических путей синтеза, в частности, терпенов и терпеноидов [7, 5, 3] (как наиболее представленного класса соединений), в качестве маркера была выбрана глюкоза, содержание которой характеризовалось показателем содержания моносахаридов [1] в лепестках роз (% от сухого вещества).

По результатам проведенных экспериментов были сделано следующее заключение.

Для всех вариантов эксперимента характерно наличие следующих веществ: ацетофенона, бензальдегида, метилбензилового эфира, виниланизола и метиланизола, 3-гексенола и терпенов – α- и β-пинена, камфена, карена, лимонена и оцимена.

При добавлении в питательный раствор фенилаланина в смеси выделенных розой веществ появился новый компонент – анизол. Кроме того, исчезли (по сравнению с контрольным вариантом) бензиловый спирт и 2-гексаналь.

Вариант с добавлением бензойной кислоты отличается от контрольного варианта появлением следующих компонентов аромата: 2-гептанон, 2-этилнорборнан, метилбензоат, нананаль и метилэвгенол.

Смесь пахучих компонентов, выделенных цветками роз варианта с внесением ацетилсалициловой кислоты в питательный раствор, отличается появлением 1-пентанола, 3-гексеналя, ионана, ментола, бутилциклогексанона и метилсалицилата. В сравнении с контрольным вариантом исчезли 3,5-диметокситолуол и α-кубебен.

При увеличении концентрации предшественника в питательном растворе изменяется общее количество компонентов смеси. Так, для варианта с внесением ацетилсалициловой кислоты в концентрации 2 мг/мл отмечено увеличение идентифицированных пахучих веществ на 28% по сравнению с вариантом с меньшей концентрацией (1 мг/мл). Следует отметить, что компонентный состав смеси пахучих веществ, имеет одинаковую структуру вне зависимости от концентрации внесенного предшественника. Для варианта с внесением одинарной и двойной доз ацетилсалициловой кислоты основными компонентами аромата являются лимонен, триметокситолуол, триметоксибензол, кариофиллен и β-мууролен. Кроме того сохраняется количественное соотношение перечисленных компонентов.

Та же закономерность наблюдается при сравнении вариантов с внесением равных концентраций предшественника, но с разным временем экспозиции роз в растворе. Качественный состав и количественное соотношение основных компонентов остается прежним, общее количество пахучих веществ уменьшается с течением времени (на 41 % за 24 часа).

Содержание моносахаридов в лепестках роз с увеличением времени нахождения в растворе возрастало во всех вариантах опыта. Наибольшие изменения отмечены в контрольном варианте (4.6, 12.2 и 18.7% спустя 24, 48 и 72 часа, соответственно) и варианте с фенилаланином (3.6, 10.4 и 12.8% спустя 24,48 и 72 часа, соответственно). Следует отметить, что при прочих равных условиях содержание моносахаридов в контрольном варианте выше, чем в варианте с внесением фенилаланина.

При увеличении концентрации предшественника в питательном растворе содержание моносахаридов в лепестках роз также возрастает. В варианте с внесением ацетилсалициловой кислоты в концентрации 1 и 2 мг/мл при длительности опыта 24 часа эти значения составляют 9,4 и 12,6%, соответственно. В варианте с внесением 1 и 2 мг/мл фенилаланина при длительности опыта 48 часов содержание моносахаридов в лепестках составило 10,4 и 17,4%, соответственно.

При сопоставлении данных хроматографического анализа смеси компонентов аромата роз и содержания моносахаридов в лепестках роз на примере контрольного варианта отмечена определенная корреляция между этими показателями.

Таким образом, добавляя в питательный раствор для срезанных роз предшественники пахучих веществ, можно влиять на их запах за счет изменения состава выделяемой цветами смеси компонентов.

Литература:

1. Минеев В.Г. и др., Практикум по агрохимии - 2-е изд.:— M.: Изд-во МГУ, 2001.— 689 c.

2. Blowers A., Dudareva N. Modification of floral scent in flowering plants. United States Patent 7087552. 2002

3. Bohlmann J., Meyer-Gauen G., Croteau R. “Plant terpenoid synthases: Molecular biology and phylogenetic analysis”. Biochemistry (1998), Vol. 95, pp. 4126–4133

4. Chen X-M, et al. Functional characterization of rose phenylacetaldehyde reductase (PAR), an enzyme involved in the biosynthesis of the scent compound 2-phenylethanol. J Plant Physiol (2010), doi: 10.1016/j.jplph. 2010.06.011;

5. Dudareva N, Pichersky E «Biochemical and Molecular Genetic Aspects of Floral Scents». Plant Physiol 122 (2000): 627–633

6. Dudareva N, Murfitt LM, Mann CJ, Gorenstein N, Kolosova N, Kish CM, Bonham C, Wood K (2000) Plant Cell 12:949–961.

7. Dudareva N., Pichersky E., Gershenzon J. “Biochemistry of Plant Volatiles”. Plant Physiology 135:1893-1902 (2004);

8. Lewinsohn E, Schalechet F, Wilkinson J, Matsui K, Tadmor K, Nam KH,Amar O, Lastochkin E, Larkov O, Ravid U (2001) Plant Physiol.127:1256–1265.

9. Shunsuke Hayashi et. al “Emission of 2-phenylethanol from its b-D-glucopyranoside and the biogenesis of these compounds from [2H8] L-phenylalanine in rose flowers”. Tetrahedron 60 (2004) 7005–7013.

10. Vainstein A. et al. Floral fragrance. New inroads into an old commodity. J Plant Physiol, 2001, Vol. 127, pp. 1383-1389.

11. Zuker A, Tzfira T, Vainstein A (1998) Biotech Adv 16:33–79.