Реферат: Сравнительный анализ внутрипопуляционной изменчивости люцерны посевной и козлятника восточного
1996 году нами была выделена группа растений, отличавшихся высоким (свыше 18% на сухой вес и свыше 4% на сырой вес) накоплением белка. Таких растений у популяции д-6 было достаточно много, более четверти от всей популяции. В 1997 году 31% этих растений вымерзло, причем погибли растения с очень высоким содержанием белка (20,0 -21,0% на сухой вес), еще 40% таких высокобелковых растений отставали в развитии и были настолько низкорослыми, что растительного материала не хватило, чтобы провести полный биохимический анализ.
У сорта д-2 высокобелковых растений было немного, и, поэтому, мы присоединили к ним растения с содержанием белка от 3,8% на сырой вес и 17,5% на сухой вес и выше. В 1997 году среди этих растений количество погибших и больных было также значительно больше, чем в среднем по популяции. У оставшихся растений ни одно не попало в число высокобелковых. В 1997 году группы высокобелковых растений составили те представители, которые в 1996 году входили в число средне- и низко белковых. Среднее содержание белка у группы высокобелковых растений в
1997 составило 4,12% на сырой вес и 18,56% на сухой вес (д-6) и 3,94% и 17,98% (д-2), соответственно. В 1996 году эти же растения накапливали белка в количестве близком к среднему по популяции, а именно -3,68% и 16,99% (д-6) и 3,42% и 15,72% (д-2) соответственно.
В каждой популяции были обнаружены растения, у которых содержание белка не менялось по годам (или менялись не более, чем на 5%). У сорта д-2 таких растений было 45%, что в 1,5 раза больше чем у сорта д-6 (28%). У сорта д-2 они располагались на графике в пределах концентраций от 2,9% до 3,7%, причем подавляющее число составляли растения с содержанием белка от 3,2 до 3,4%, что соответствовало количествам, близким к среднему по этой популяции. У сорта д-6, растения со стабильным в течение 2-х лет содержанием белка попадали на графике в диапазон от 3,2% до 4,1%. При этом подавляющее большинство составляли растения с показателями - от 3,6% до 3,8% белка на сухой вес, что также совпадает со средней концентрацией белка у популяции д-6 (рис. 1В).
Козлятник «Надежда» по сравнению с люцерной содержал больше белка как в пересчете на сухой, так и на сырой вес (24,7% и 4,8% в 1996 году и 23,9% и 4,57% в 1997 году соответственно). Большинство растений имело от 4,5% до 5,0% белка. Причем доля этих растений в течение 2-х лет была практически одинаковой (40%). В 1999 году количество белка в пересчете на сухой вес снизилось до 19,1%, а на сырой вес повысилась (5,45%). Следует отметить, что между сортом Надежда и дикорастущей популяцией козлятника существенных различий по накоплению этих веществ и характеру изменчивости внутри популяции не выявлено.
Антипитательные вещества. Сапонины. Сапонины являются одними из основных антипитательных веществ люцерны. Показано, что большинство физиологических эффектов, связанных с сапонинами люцерны, оказались вредными для животных (8). Сапонины обладают поверхностно-активными или детергентными свойствами. Это вызывает пенообразование водных растворов и приводит к заболеванию животных - тимпании или вспучиванию. Сапонины вызывают ингибирование роста организма, снижение деятельности гладкой мускулатуры и всасывания питательных веществ (1,9).
Одни авторы считают высокосапониновыми растения, которые содержат более 1% этих веществ на сухой вес (10,11). Другие полагают, что таковыми являются растения с содержанием сапонинов 0,47% на сухой вес и выше (12).
В 1996 году в популяции д-2 содержалось в среднем 70,2 мгМООг сапонинов на сырой вес (0,25% на сухой вес), а в д-6 - 127мг/100г (0,56%) соответственно. В 1997 в обеих популяциях содержание сапонинов значительно увеличилось: у д-2 в среднем до 122мг/100г на сырой вес (0,49% на сухой вес), а у сорта д-6 до 246мг/100г (0,74%) соответственно. В 1997 году произошло не только увеличение среднего содержания сапонинов, но и изменение распределения содержания этих веществ у растений в популяции.
Как видно из рисунка 2, наибольшие изменения произошли в популяции д-2. Если в 1996 году самой многочисленной была группа растений с содержанием сапонинов от 70 до 90 мг/100 г, то в 1997 году таковой стала группа растений с содержанием сапонинов от 120 до 140 мг/100 г.
Рис .2. Внутрипопуляционная изменчивость люцерны по содержанию сапонинов. А -1996 год, Б -1997 год. Остальные обозначения как на рис. 1
Рис.3. Внутрипопуляционная изменчивость люцерны и козлятника по содержанию танинов. А-1996 год, Б -1999 год.
Л А---- дикорастущая популяция козлятника.
Остальные обозначения как на рис. 1
Для популяции д-6 на кривой распределения сапонинов за 1997 год не наблюдали «сдвига максимума» значений содержания сапонинов по сравнению с 1996 годом (рис.2). Увеличение содержания сапонинов в целом у этой популяции в 1997 году произошло из-за резкого (в 40 раз) увеличения содержания этих веществ у отдельных растений. В 1997 году были найдены растения (3,6%), у которых эти вещества накапливались в количестве более 1% на сухой вес. Мы обратили особое внимание на эту группу растений. Оказалось, что в 1996 году они не только не входили в число растений с наибольшим содержанием сапонинов, но большинство из них содержали эти вещества в минимальном количестве. Те же растения, которые в 1996 году содержали максимальные концентрации сапонинов на следующий год оказались низко- или среднесапониновыми.
В популяциях д-2 и д-6 люцерны были выделены растения, у которых содержание сапонинов не изменялось по годам (или изменялось не более, чем на 5 %). У популяции д-2 эта группа составила 18,5% растений, у д-6 - 31,6% соответственно. В эти группы у д-2 вошли растения с содержанием сапонинов (в пересчете на сырой вес) от 63 до 112 мг/ЮОг, а у д-6 от 95мг./100г до 175 мг/ЮОг. Подавляющее большинство таких растений у д-2 содержали от 80 до ЮОмг/ЮОг сапонинов, а у д-6 от ПО до 140 мг/ЮОг, что соответствует количествам близким к средним значениям этого признака для каждой из популяции. В изученных нами образцах козлятника сапонины либо отсутствовали, либо присутствовали в количестве ниже 5мг/100 г в пересчете на сырой вес.
Фенольные соединения. В зеленой массе люцерны и козлятника были обнаружены фенольные соединения, относящиеся к разным классам. Ранее в люцерне были найдены два флавонола и пять флавонов, среди которых был трицин, вызывающий релаксацию гладкой мускулатуры у свиней (13, 14). Есть сведения о том, что в люцерне присутствуют бензойные и коричные кислоты (13,15). Другие авторы либо не находили эти фенолкислоты у люцерны или считали, что они содержатся лишь в следовых количествах (16).
В изученных образцах люцерны нами также были в очень небольших количествах обнаружены от двух до пяти индивидуальных флавонолов и флавонов (17). Эти вещества мы определяли суммарно. В сорте д-2 в 1996 году в среднем накапливалось 87,5 мг/100 г этих соединений на сырой вес, а в сорте д-6 еще меньше - 25,1 мг/ЮОг соответственно. Уровень токсичности для животных для этих веществ значительно выше (13). Фенолкислоты нами либо не были обнаружены, либо содержались у некоторых образцов люцерны лишь в следовых количествах (хлорогеновая кислота).
В люцерне были обнаружены также высокополимерные (молекулярная масса от 500 до 3000) фенольные соединения или танины (1,13,16,18). Танины могут связывать белки, уменьшая тем самым переваримость растительных продуктов питания.
Фенольные соединения могут легко окисляться, и продукты их окисления могут соединяться с аминокислотами белков, особенно с лизином и метионином. Тем самым может снижаться качество кормов (1).
В изученных популяциях люцерны нами были найдены танины, которые являются олигомерными и полимерными формами флаванов (катехинов). Однако содержание этих веществ было не очень высоким (17).
В 1996 году в популяции д-2 танинов оказалось в среднем лишь 16,5 мг/100г,ав д-6 немногим больше - 28,6 мг/ ЮОг (рис. 3). Поскольку в 1996 году сорта люцерны д-2 и д-6 содержали незначительные количества вышеперечисленных фенольных соединений - значительно ниже возможных токсичных концентраций, их изучение продолжено не было.
Фенольные соединения козлятника были представлены, в основном фенолкарбоновыми кислотами (хлорогеновой, феруловой, пара-кумаровой). По общему содержанию, а также по размаху внутрипопуляционной изменчивости вышеперечисленных групп фенольных соединений и танинов козлятник существенно превосходил люцерну. Причем размах изменчивости по данным признакам был значительно больше у дикорастущей популяции по сравнению с сортовой (рис. 3).
В 1999 году содержание фенолкарбоновых кислот и флавонолов у отдельных растений сорта "Надежда" колебалось в пределах от 31 до 428 мг на 100 г сырого веса, танинов от 23 до 82 мг/100г, а у дикорастущей популяции от 67 до 834 мг/100г и от 74 до 259 мг/100 г, соответственно.
По литературным данным известно что в люцерне и козлятнике обнаружены также изофлавоны (формононетин, биоханин А, дайдзеин и генистеин) и бензокумарины, в частности, куместрол (1,13,19). Для фенольных соединений этого класса показана высокая эстрогенная активность. В больших количествах (более 0,5% на сухой вес) эти вещества могут вызывать бесплодие, абортивность и мастит крупного рогатого скота и овец (1, 13). В небольших количествах, они напротив, способствуют нормальному функционированию органов размножения, увеличивают мясную и молочную продуктивность (20).
В образцах люцерны нами также были обнаружены изофлавоны (80% из которых приходилось на долю формононетина) и небольшие количества куместрола. В 1996 году у популяции д-2 обнаружено в среднем 40,4 мг/ 100 г эстрогенов в пересчете на сырой вес или 170 мг/100 г в пересчете на сухой вес. В популяции д-6 в этом же году содержалось эстрогенов - 42,0 мг/100 г и 188 мг/100 г соответственно. Таким образом, изученные популяции люцерны оказались в целом низкоэстрогеновыми. Тем не менее размах внутрипопуляционной изменчивости по содержанию эстрогенных веществ в 1996 году был очень большим, особенно у популяции д-2 (7,6% растений содержали более 0,5% этих веществ в пересчете на сырой вес).
В 1997 году содержание изофлавонов в среднем у популяций люцерны существенно не изменилось. В этом году мы не обнаружили растений с очень высоким содержанием эстрогенов. Максимальные концентрации этих веществ у растений обеих популяций не превышали 0,34% в пересчете на сухой вес. Мы обратили внимание на содержание эстрогенов у тех растений, у которых оно было или очень высоким, или очень низким в предыдущем году. В популяции д-2 в 1996 году 10% растений содержали менее 20 мг/100 г изофлавонов в пересчете на сырой вес. У популяции д-6 таких растений было 5,8%. Часть этих растений погибли. В популяции д-2 из 11 растений с содержанием менее 20 мг/ ЮОг изофлавонов осталось 6 растений, а у популяции д-6 из 7 растений - только 2. У остальных «низкоэстрогеновых» растений содержание этих соединений повысилось. Такие растения почти без исключения перешли в группы со средним или высоким содержанием эстрогенов.
Среди погибших растений популяции д-6 также была значительна доля таких особей, у которых содержание эстрогенных изофлавонов была относительно велико. Из 15 растений с содержанием выше 60 мг/100 г в пересчете на сырой вес погибли 9. Наименьшее количество погибших растений имели содержание эстрогенов близкое к среднему у популяции, т.е. в диапазоне концентраций от 30 до 50 мг/100 г. Так у популяции д-2 погибло всего 8,7% таких растений, а у популяции д-6 лишь 5%.