vestibИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия биологических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus, Biological Series1029-89402524-230XThe Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1029-8940-2018-63-2-155-162vestib-359Research ArticleСтатьиФОТОСИНТЕЗ И ДЫХАНИЕ В РАСТЕНИЯХ ОЗИМОГО РАПСА (BRASSICA NAPUS), ОБОГАЩЕННЫХ АНТОЦИАНАМИ, ПОД ВЛИЯНИЕМ 5-АМИНОЛЕВУЛИНОВОЙ КИСЛОТЫPHOTOSYNTHESIS AND RESPIRATION IN WINTER RAPE PLANTS (BRASSICA NAPUS) ENRICHED WITH ANTHOCYANIN’S UNDER INFLUENCE OF 5-AMINOLEVULINIC ACIDЕмельяноваА. В.YemelyanavaH. V.

мл. науч. сотрудник

Junior researcher

yashchuk.anna@mail.ruОбуховскаяЛ. В.ObukhovskayaL. V.

канд. биол. наук, вед. науч. сотрудник

Ph. D. (Biol.), Leading Scientific Researcher

nan.botany@yandex.byАверинаН. Г.AverinaN. G.

д-р биол. наук, профессор, гл. науч. сотрудник

D. Sc. (Biol.), Chief Researcher, Professor

averina_ng@tyt.byИнститут биофизики и клеточной инженерии НАН Беларуси, МинскInstitute of Biophysics and Cell Engineering of the National Academy of Sciences of Belarus, MinskИнститут экспериментальной ботаники им. В. Ф. Купревича НАН Беларуси, МинскV. F. Kuprevich Institute of Experimental Botany of the National Academy of Sciences of Belarus, Minsk201821052018632155162Copyright © Емельянова А.В., Обуховская Л.В., Аверина Н.Г., 20182018Емельянова А.В., Обуховская Л.В., Аверина Н.Г.Yemelyanava H.V., Obukhovskaya L.V., Averina N.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestibio.belnauka.by/jour/article/view/359

Изучены структурно-функциональное состояние фотосинтетического аппарата, активность дыхательного процесса, содержание хлорофиллов, гема, а также активность дыхательного гемсодержащего фермента – цитохром с-оксидазы в семядольных листьях 7-дневных растений озимого рапса (Brassica napus), выращенных на растворе 5-аминолевулиновой кислоты (АЛК 200 мг/л) и обогащенных антоцианами, по сравнению с контрольными растениями. Показано, что экзогенная АЛК нарушает структуру фотосинтетического аппарата и понижает его фотосинтетическую активность. Установлено снижение содержания белков пигмент-белковых комплексов фотосистем (ФС) I и II, особенно светособирающих комплексов ФС II, составляющих внешнюю мобильную антенну. Вместе с тем отмечено значительное стимулирующее действие АЛК на дыхательную активность проростков озимого рапса, а также на увеличение содержания нековалентно связаного с белками гема и повышение активности цитохром c-оксидазы.

The stimulating effect of 5-aminolevulinic acid (ALA) at a concentration of 200 mg/l on respiratory activity was established by accumulating non-covalently bound to the proteins heme and increasing the activity of the heme-containing enzyme cytochrome c-oxidase, as well as increasing the rate of oxygen absorption in the respiration of winter rape with high content of anthocyanin’s. The inhibitory effect of ALA on the structural organization and photosynthetic activity of the photosynthetic apparatus was revealed. A decrease in the level of photosynthetic pigments – chlorophyll a and b, reduction in protein content of chlorophyll-protein complexes of two photosystems, as well as decrease in the ability of plants to release oxygen were demonstrated.

5-аминолевулиновая кислотаBrassica napusгемцитохром c-оксидазадыханиефотосинтез5-aminolevulinic acidBrassica napushemecytochrome c-oxidaserespirationphotosynthesisReferencesMøller, I. M. Plant mitochondria and oxidative stress: electron transport, NADPH turnover, and metabolism of reactive oxygen species / I. M. Møller // Annu. Rev. of Plant Physiology and Plant Molecular Biology. – 2001. – Vol. 52. – P. 561–591.Møller I. M. Plant mitochondria and oxidative stress: electron transport, NADPH turnover, and metabolism of reactive oxygen species. Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology, 2001, vol. 52, pp. 561‒591. DOI: 10.1146/ annurev.arplant.52.1.561Чупахина, Г. Н. Природные антиоксиданты (экологический аспект) / Г. Н. Чупахина, П. В. Масленников, Л. Н Скрыпник. – Калининград : Балт. федер. ун-т, 2011. – 112 c.Chupakhina G. N., Maslennikov P. V., Skrypnik L. N.. Natural antioxidants (ecological aspect). Kaliningrad, Baltic Federal University, 2011. 112 p. (in Russian).Functional role of anthocyanins in the leaves of Quintinia serrata A. Cunn / K. S. Gould [et al.] // J. of Experimental Botany. – 2000. – Vol. 51, N 347. – P. 1107–1115.Gould K. S., Markham K. R., Smith R. H., Goris J. J. Functional role of anthocyanins in the leaves of Quintinia serrata A. Cunn. Journal of Experimental Botany, 2000, vol. 51, no. 347, pp. 1107–1115. DOI: 10.1093/jexbot/51.347.1107Field, T. S. Why leaves turn red in autumn. The role of anthocyanins in senescing leaves of red-osier dogwood / T. S. Field, D. W. Lee, N. M. Holbrook // Plant Physiology. – 2001. – Vol. 127, N 2. – P. 566–574.Feild T. S., Lee D. W., Holbrook N. M. Why leaves turn red in autumn. The role of anthocyanins in senescing leaves of red-osier dogwood. Plant Physiology, 2001, vol. 127, no. 2, pp. 566–574. DOI: 10.1104/pp.127.2.566Neill, S. O. Anthocyanins in leaves: light attenuators or antioxidants? / S. O. Neill, K. S. Gould // Functional Plant Biology. – 2003. – Vol. 30, N 8. – P. 865–873.Neill S. O., Gould K. S. Anthocyanins in leaves: light attenuators or antioxidants? Functional Plant Biology, 2003, vol. 30, no. 8, pp. 865–873. DOI: 10.1071/FP03118Wang, H. Oxygen radical absorbing capacity of anthocyanins / H. Wang, G. Cao, R. L. Prior // J. of Agr. and Food Chemistry. – 1997. – Vol. 45, N 2. – P. 304–309.Wang H., Cao G., Prior R. L. Oxygen radical absorbing capacity of anthocyanins. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 1997, vol. 45, no. 2, pp. 304–309. DOI: 10.1021/jf960421tКарабанов, И. А. Флавоноиды в мире растений / И. А. Карабанов. – Минск : Ураджай, 1981. – 80 с.Karabanov I. A. Flavonoids in the world of plant. Minsk, Uradzhai Publ., 1981. 80 p. (in Russian).Giusti, M. M. Molar absorptivity and color characteristics of acylated and non-acylated pelargonidin-based anthocyanins / M. M. Giusti, L. E. Rodriguez-Saona, R. E. Wrolstad // J. of Agr. and Food Chemistry. – 1999. – Vol. 47, N 11. – P. 4631–4637.Giusti M. M., Rodriguez-Saona L. E., Wrolstad R. E. Molar absorptivity and color characteristics of acylated and non-acylated pelargonidin-based anthocyanins. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 1999, vol. 47, no. 11, pp. 4631– 4637. DOI: 10.1021/jf981271k5-Aminolevulinic acid promotes anthocyanin accumulation in Fuji apples / L. Xie [et al.] // Plant Growth Regulation. – 2013. – Vol. 69, N 3. – P. 295–303.Xie L., Wang Z. H., Cheng X. H., Gao J. J., Zhang Z. P., Wang L. J. 5-Aminolevulinic acid promotes anthocyanin accumulation in Fuji apples. Plant Growth Regulation, 2013, vol. 69, no. 3, pp. 295–303. DOI: 10.1007/s10725-012-9772-5Promotive effect of 5-aminolevulinic acid on the antioxidant system in Ginkgo biloba leaves / F. Xu [et al.] // African J. of Biotechnology. – 2009. – Vol. 8, N 16. – P. 3769–3776.Xu F., Chang J., Cheng Sh.Y., Zhu J., Li L. L., Wang Y., Cheng H. Promotive effect of 5-aminolevulinic acid on the antioxidant system in Ginkgo biloba leaves. African Journal of Biotechnology, 2009, vol. 8, no. 16, pp. 3769–3776.Емельянова, А. В. Роль экзогенной 5-аминолевулиновой кислоты в индукции накопления антоцианов в растениях озимого рапса / А. В. Емельянова // Вес. Нац. акад. навук Беларусi. Сер. бiял. навук. – 2016. – № 3. – С. 66–69.Emel’yanova A. V. The role of exogenous 5-aminolevulinic acid in inducing the accumulation of anthocyanins of plants winter rape. Vestsі Natsyyanal’nai akademіі navuk Belarusі. Ceryya bіyalagіchnykh navuk = Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Biological series, 2016, no. 3, pp. 66‒69 (in Russian).Аверина, Н. Г. Биосинтез тетрапирролов в растениях / Н. Г. Аверина, Е. Б. Яронская. – Минск : Беларус. навука, 2012. − 413 с.Averina N. G., Yaronskaya E. B. Biosynthesis of tetrapyrroles in plants. Minsk, Belaruskaya navuka Publ., 2012. 413 p. (in Russian).Шлык, А. А. Определение хлорофиллов и каротиноидов в экстрактах зеленых листьев / А. А. Шлык // Биохимические методы в физиологии : сб. ст. / отв. ред. О. А. Павлинова. – М., 1971. – С. 154–170.Shlyk A. A. Determination of chlorophylls and carotenoids in extracts of green leaves. Biokhimicheskie metody v fiziologii: sbornik statei [Biochemical methods in plant physiology: a collection of articles], 1971, pp. 154‒170 (in Russian).Использование экзогенной 5-аминолевулиновой кислоты для восстановления дыхания и фотосинтеза у растений озимого рапса (Brassica napus), выращиваемых на сульфонилмочевинном гербициде / Н. Г. Аверина [и др.] // Вес. Нац. акад. навук Беларусi. Сер. бiял. навук. – 2015. – № 3. – С. 23–27.Averina N. G., Shcherbakov R. A., Vershilovskaya I. V., Domanskaya I. N. The use of exogenous 5-aminolevulinic acid of respiration and photosynthesis in plants of winter rape (Brassica napus) grown on a sulfonylurea herbicide. Vestsі Natsyyanal’nai akademіі navuk Belarusі. Ceryya bіyalagіchnykh navuk = Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Biological series, 2015, no. 3, pp. 23‒27 (in Russian).Kruse, E. Coproporphyrinogen III oxidase from barley and tobacco – secuence analysis and initial expression studies / E. Kruse, H-P. Mock, B. Grimm // Planta. – 1995. – Vol. 196, N 4. – P. 796–803.Kruse E., Mock H-P., Grimm B. Coproporphyrinogen III oxidase from barley and tobacco – secuence analysis and initial expression studies. Planta, 1995, vol. 196, pp. 796–803. DOI: 10.1007/BF01106776Weinstein, J. D. Separate physiological roles and subcellular compartments for two tetrapyrrole biosynthetic pathways in Euglena gracilis / J. D. Weinstein, S. I. Beale // J. of Biol. Chemistry. – 1983. – Vol. 258, N 11. – P. 6799–6807.Weinstein J. D., Beale S. I. Separate physiological roles and subcellular compartments for two tetrapyrrole biosynthetic pathways in Euglena gracilis. Journal of Biological Chemistry, 1983, vol. 258, no. 11, pp. 6799‒6807.Role of sugars and organic acids in regulating the concentration and activity of the alternative oxidase in Poa annua roots / F. F. Millenaar [et al.] // J. of Experimental Botany. ‒ 2002. ‒ Vol. 53, N 371. ‒ P. 1081‒1088.Millenaar F. F., Gonzalez-Meler M. A., Siedow J. N., Wagner A. M., Lambers H. Role of sugars and organic acids in regulating the concentration and activity of the alternative oxidase in Poa annua roots. Journal of Experimental Botany, 2002, vol. 53, no. 371, pp. 1081‒1088. DOI: 10.1093/jexbot/53.371.1081Яронская, Е. Б. Молекулярно-мембранные механизмы регуляции биосинтеза тетрапирролов в растениях : дис. … д-ра биол. наук : 03.00.02 ; 03.00.04 / Е. Б. Яронская. ‒ Минск, 2008. ‒ 407 л.Yaronskaya E. B. Molecular-membrane mechanisms of biosynthesis regulation of tetrapyrroles in plants. Ph. D. Thesis. Minsk, 2008. 407 p. (in Russian).An Arabidopsis GluTR binding protein mediates spatial separation of 5-aminolevulinic acid synthesis in chloroplast /Czarnecki O., Hedtke B., Melzer M., Rothbart M., Richter A., Schroter Y., Pfannschmidt T., Grimm B. An Arabidopsis GluTR binding protein mediates spatial separation of 5-aminolevulinic acid synthesis in chloroplast. Plant Cell, 2011, vol. 23, no. 12, pp. 4476‒4491. DOI: 10.1105/tpc.111.086421O. Czarnecki [et al.] // Plant Cell. ‒ 2011. ‒ Vol. 23, N 12. ‒ P. 4476‒4491.Averina N. G., Sherbakov R. A., Yemelyanava H. V., Domanskaya I. N., Usatov A. V. Induction of anthocyanin accumulation and status of protective system in winter rape plants treated with 5- aminolevulinic acid. Russian Journal of Plant Physiology, 2017, vol. 64, no. 3, pp. 310–318. DOI: 10.1134/s1021443717030025Индукция накопления антоцианов и состояние защитной системы в растениях озимого рапса, обработанных 5-аминолевулиновой кислотой / Н. Г. Аверина [и др.] // Физиология растений. – 2017. – Т. 64, № 3. – С. 173–182.Индукция накопления антоцианов и состояние защитной системы в растениях озимого рапса, обработанных 5-аминолевулиновой кислотой / Н. Г. Аверина [и др.] // Физиология растений. – 2017. – Т. 64, № 3. – С. 173–182.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.