Динамика содержания органических веществ антиоксидантной природы в листьях Hydrangea macrophylla Ser. во влажных субтропиках России

Субтропические декоративные культуры возделываются и изучаются в условиях влажных субтропиков России на протяжении уже ста лет. Однако материалы по их всестороннему исследованию в этом регионе стресса и адаптации у декоративных культур довольно немногочисленны. С учетом того, что для интродуцированных растений зона влажных субтропиков России характеризуется экстремальными погодно-климатическими услови­ями, необходимо изучение их приспособительных реакций к недостатку почвенной влаги и летнему повышению температур воздуха более +30 °C. Учитывая условия региона, актуальна оценка адаптационных механизмов на дей­cтвие основных стресс-факторов зоны произрастания декоративных культур, в частности Hydrangea macrophylla Ser. Методом газовой хромато-масс-спектрометрии проведено изучение этанольных экстрактов листьев сортов Hydrangea macrophylla Ser. разной степени устойчивости: относительно устойчивые —  ‘Draps Wonder’, ‘Admiration’, ‘Altona’, среднеустойчивый —  'Souer Theresa’; неустойчивые —  ‘Harlequin’ и ‘Madame Faustin. Определены и иден­тифицированы 11 эндогенных органических веществ, среди которых наибольший интерес представляют анти­оксиданты и стресс-протекторные вещества, в частности ароматический углеводород из группы диарилэтиленов (2,4'-дигидрокси-стильбен), сквален, фитостерины  (у/р-ситостерол). Обнаружено изменение содержания органи­ческих соединений в листьях в ответ на гидротермический стресс. Максимальная концентрация в  среднем для культуры H. macrophylla (2,4'-дигидрокси-стильбена —  14,0 %,  ситостерола —  5,7 %)  отмечена в благоприятный по гидротермическим условиям период (апрель), минимальная — в  I декаде  августа 8,5 % и  1,7 %, соответствен­но.  При этом как в оптимальный, так и в стрессовый период относительно устойчивые  сорта (‘Draps Wonder’, ‘Admiration,, ‘Altona’)  характеризовались наибольшим содержанием данных идентифицированных органических веществ — 2,4’-Дигидрокси-стильбен  (18,4, 21,5, 21,6 %,) и у/р-ситостерол  (5,7, 7,5, 6,0 %). Наименьший синтез от­мечен в периоды у неустойчивых сортов H. macrophylla: ‘Madame Faustin’ 6,9 и  1,1 %) и ‘Harlequin’ (7,6 и  1,4 %).

1. Caroline C. Ummenhofer, Hong Xu, Tracy E. Twine, Evan H. Girvetz, Heather R. Mccarthy, Netra Chhetri, Kimberly A. Nicholas How climate change affects extremes in maize and wheat yield in two cropping regions. Environmental Science Journal of Climate 2015;12(28):4653-4687.

2. Lobell D. B., Lett. Global scale climate-crop yield relationships and the impacts of recent warming. Environmental Research Letters. 2007;2:1-7. D0I:10.1088/1748-9326/2/1/014002.

3. Belous О., Klemeshova K., Malyarovskaya V. Photosynthetic pigments of subtropical plants: In book: Photosynthesis — From its evolution to future improvements in photosynthetic efficiency using nanomaterials, London, 2018, 31-52 p.

4. Bekhterev V. N., Malyarovskaya V. I. Express method of scopoletin determination in Weigela leaves by extractive freezing-out with HPLC. Mendeleev Communications. 2019;5:592-594. DOI: 10.1016/j.mencom.2019.09.039

5. Omae H., Kumar A., Shono, M. Adaptation to high temperature and water deficit in the common bean (Phaseolus vulgaris L.) during the reproductive period. J. Bot. 2012. http://dx.doi.org/10.1155/2012/803413

6. Koini M. A., Alvey L., Allen T., Tilley C. A., Harberd N. P., Whitelam G. C., Franklin K. A. High temperature-mediated adaptations in plant architecture require the bHLH transcription factor PIF4.TeK. Biol. 2009;19:408-413.

7. Patel D., Franklin K. A. Temperature-regulation of plant architecture. Plant Signal. Behav. 2009;4:577-579.

8. Savin R., Stone, P. J., Nicolas M. E., Wardlaw I. F. Effects of heat stress and moderately high temperature on grain growth and malting quality of barley. Aust. J. Agric. Res 1997;48:615-624.

9. Рындин А. В., Белоус О. Г., Маляровская В. И., Притула 3. В., Абильфазова Ю. С., Кожевникова А. М. Исполь­зование физиолого-биохимических методов для выявления механизмов адаптации субтропических, южных плодовых и декоративных культур в условиях субтропиков России. Сельскохозяйственная Биология. 2014;3:40-48. [Ryndin А. V., Belous О. G., Malyarovskaya V. I., Pritula Z. V., Abilfazova Yu.S., Kozhevnikova А. M. The use of physiological and biochemical methods to identify the mechanisms of adaptation of subtropical, southern fruit and ornamental crops in the subtropics of Russia. Sel’skokhozyaystvennaya biologiya. 2014; 3: 40-48. (In Russ.)]

10. Vaahtera L., Brosche M. More than the sum of its parts — How to achieve a specific transcriptional response to abiotic stress. Plant Science. 1011;180(3):421-430. DOI: 10.1016/j.plantsci.2010.11.009.

11. Hirayama T., Shinozaki K. Research on plant abiotic stress responses in the postgenome era: past, present and future. Plant Journal. 2010;61(6):1041-1052. DOI: 10.1111/ j.1365-313X.2010.04124.x

12. Jaspers P., Kangasjarvi J. Reactive oxygen species in abiotic stress signaling. Physiologia Plantarum. 2010;138(4):405-413. DOI: 10.1111/j.1399-3054.2009.01321.x.

13. Munns R., Tester M. Mechanisms of salinity tolerance. Annual Review of Plant Biology. 2008;59:651-681. DOI: 10.1146/annurev.arplant.59.032607.092911.

14. Miller G., Shulaev V, Mittler R. Reactive oxygen signaling and abiotic stress. Physiologia Plantarum. 2008;133(3):481-489. DOI: 10.1111/J.1399-3054.2008.01090.x.

15. Zhu J. K. Salt and drought stress signal transduction in plants. Annu Rev Plant Biol. 2002;53:247-273. DOI: 10.1146/annurev.arplant.53.091401.143329

16. Abilphazova J., Belous O. Adaptability of cultivars and hybrids oftangerine in a subtropical zone of Russia. Potravinarstvo. 2015;9(1):299-303. DOI:10.5219/485

17. Valliyodan B., Nguyen H. T. Understanding regulatory networks and engineering for enhanced drought tolerance in plants. Curr. Opin. Plant Biol. 2006;9:189-195. DOI: 10.1016/Referensesj.pbi.2006.01.019

18. Janska A., Marsik P., Zelenkova S., Ovesna J. Cold stress and acclimation: What is important for metabolic adjustment? Plant Biol. 2010;12:395-405. DOI: 10.1111/j.1438-8677.2009.00299.x

19. Wahid A., Gelani S., Ashraf M., Foolad M. R. Heat tolerance in plants: An overview. Environ. Exp. Bot. 2007;61:199-223. DOI: 10.1016/j.envexpbot.2007.05.011.

20. Hasanuzzaman M., Нахар K., Mahabub Alam Md., Roychowdhury R., Fujita M. Physiological, biochemical, and molecular mechanisms of heat stress tolerance in plants Int. J. Mol. Sci. 2013;14(5):9643-9684. DOI: 10,3390/ijms14059643

21. Wahid A. Physiological implications of metabolites biosynthesis in net assimilation and heat. Plant Res. 2007;120:219-228. DOI: 10.1007/s10265-006-0040-5

22. Белоус О. Г., Клемешова К. В., Маляровская В. И. Физио­лого-биохимические методы оценки устойчивости сортов суб­тропических культур к гидротермическим стрессорам влажных субтропиков России. Современные методология, инструмента­рий оценки и отбора селекционного материала садовых культур и винограда: монография. Краснодар, 2017, с. 90-106 [Belous O. G., Klemeshova K. V, Malyarovskaya V. I. Physiological and biochemical methods for assessing the resistance of varieties of subtropical crops to hydrothermal stressors of the humid subtropics of Russia. Modern methodology, tools for assessment and selection ofbreeding material for horticultural crops and grapes: monograph. Krasnodar, 2017, pp. 90-106 (In Russ.)]

23. Belous O., Malyarovskaya V., Klemeshova K. Analysis of functional condition of subtropical plants by clustering method. Potravinarstvo. 2016;10(1):237-242. DOI: 10.5219/526

24. Маляровская В. И., Белоус О. Г. Изучение физиологи­ческих показателей вейгелы (Weigela х wagneri L. H. Bailey), характеризующих ее устойчивость к стресс-факторам влаж­ных субтропиков России. Садоводство и виноградарство. 2016;5:46-51. DOI: 10.18454/vstisp.2016.5.3449. [Malyarovskaya V. I., Belous O. G. Study of physiological parameters of weigela (Weigela х wagneri L. H. Bailey), characterizing its resistance to stress factors of the humid subtropics of Russia. Sadovodstvo i vinogradarstvo. 2016; 5: 46-51. DOI: 10.18454/vstisp.2016.5.3449. (In Russ.)]

25. Маляровская В. И., Белоус О. Г. Методическое пособие по использованию физиолого-биохимических параметров для оценки устойчивости вейгелы (Weigela х wagneri L. H. Bailey) в условиях Черноморского побережья Краснодарского края. Субтропическое и декоративное садоводство. 2015;52:107-125. [Malyarovskaya V. I., Belous O. G. Methodological manual on the use of physiological and biochemical parameters to assess the rezistance of weigela (Weigela х wagneri L. H. Bailey) in the conditions of the Black Sea coast of the Krasnodar Territory. Subtropicheskoye i dekorativnoye sadovodstvo. 2015; 52: 107-125. (In Russ.)]

26. Маляровская В. И. Особенности водного режима Weigela x wagneri L. H. Bailey на Черноморском побережье Крас­нодарского края. Садоводство и виноградарство. 2015;1:23-26. [Malyarovskaya V I. Peculiarities of the water regime Weigela x wagneri L. H. Bailey on the Black Sea coast of the Krasnodar Territory. Sadovodstvo i vinogradarstvo. 2015; 1: 23-26. (In Russ.)]

27. Маляровская В. И., Бехтерев В. Н. Применение га­зовой хромато-масс-спектрометрии в изучении этанольных экстрактов листьев Hydrangea macrophylla. Субтропическое и декоративное садоводство. 2015;54:126-133. [Malyarovskaya V. I., Bekhterev V. N. Application of gas chromatography-mass spectrometry in the study of ethanol extracts of leaves of Hydrangea macrophylla. Subtropicheskoye i dekorativnoye sadovodstvo. 2015; 54: 126-133.]

28. Кроткова О. А., Бомбела Т. В., Петриченко В. M. Сравнительное изучение липофильных веществ растений рода Euphrasia L. Химия растительного сырья. 2014;1:147-151. DOI:10.14258/jcprm.1401147 [Krotkova O. A., Bombela T. V, Petrichenko V. M. Comparative study of lipophilic substances of plants of the genus Euphrasia L. Khimiya rastitel'nogo syr'ya. 2014; 1: 147-151. DOI: 10.14258/jcprm.1401147. (In Russ.)]

29. Duan D., Halter D., Baltenweck R., Tisch C., Troster V., Kortekamp A., Hugueney P., Nick P. Genetic diversity of stilbene metabolism in Vitis sylvestris. J. Exp. Bot. 2015:11(66):3243-3257.

30. Schnee S., Viret O., Gindro K. Role of stilbenes in the resistance of grapevine to powdery mildew. Physiological and Molecular Plant Pathology. 2008;72:128-133.

31. He H. P., Cai Y., Sun M. Extraction fnd purification of squalene from amarantus grain. Jornal of Agricultural and Food Chemistry. 2002;50(2):368-372.

32. Воскресенская О. Л., Воскресенский В. С., Сарбаева Е. В., Ягдарова О. А. Влияние ультрафиолетовой радиации и параметров микроклимата на содержание пигментов в ли­стьях березы повислой, произрастающей в условиях города. Биология. Наука о земле. 2014;3:39-45. [Voskresenskaya O. L., Voskresenskiy V. S., Sarbaeva E. V., Yagdarova O. A. Influence of ultraviolet radiation and microclimate parameters on the content of pigments in the leaves of silver birch growing in urban conditions. Biologiya. Nauka o zemle. 2014; 3:39-45. (In Russ.)]

33. Hall J. L. Cellular mechanisms for heavy metal detoxification and tolerance. J. Exp. Bot., 2002;53:1-11. DOI: 10.1093/jexbot/53.366.1.

34. Хелдт Г. В. Биохимия растений: пер. с англ. M.: БИHOM; Лаборатория знаний, 2011. 471 с. [Heldt G. V. Biochemistry of plants: trans. from English. Moscow: BINOM; Knowledge Laboratory, 2011. 471 p. (In Russ.)]

35. Лутова Л. А., Шумилина Г. М. Метаболиты растений и их роль в устойчивости к фитопатогенам. Экологическая генетика. 2003;l(10):47-58. [Lutova L. A., Shumilina G. M. Plant metabolites and their role in the resistance to phytopathogens. Ekologicheskaya genetika. 2003; 1 (10): 47-58. (In Russ.)]