3.4 Определение содержания витаминов в растительных клетках
С помощью флуоресцентной микроскопии возможно определениесодержания витаминов в образцах, благодаря их собственной флуоресценции и с применением флуорохромов. Во многих случаях этот метод даёт лучшие результаты, чем самый тонкий химический анализ, не позволяющий, например, судить о распределении витаминов в органах и тканях. В связи с этим метод особенно широко применяется в медицине и физиологии животных.
Витамин А характеризуется светло-зелёной быстро затухающей флуоресценцией. Её можно наблюдать в свежем нефиксированном виде, но более плодотворным является метод окраски тканей с помощью флуорохромов. Флуоресцентное микроскопирование в данном случае может служить методом дифференциации витаминов А1 и А2: витамин А1 даёт характерную светло-зелёную флуоресценцию, а витамин А2 – красноватую. Различие в интенсивности флуоресценции с успехом используется для анализа смеси свободного витамина А и его эфиров.
Витамин В2 обладает собственной зелёной флуоресценцией (в некоторых животных клетках обнаружена так же жёлто-зелёная флуоресценция). Оптимум люминесценции данного вещества находится при рН от 3 до 9, что необходимо учитывать при проведении исследований. Типичная флуоресценция рибофлавина зависит от присутствия свободной 3-аминогруппы. Эта флуоресценция (максимум на 565 нм при рН 60) служит для количественного определения витамина В2. Интенсивность флуоресценции сравнивается с каким-либо стандартом (чаще всего чистый рибофлавин), она прямо пропорциональна содержанию витамина.
Витамин В1 не флуоресцирует ни в чистом виде, ни в водном растворе. Способность к сине-зелёной флуоресценции проявляет тиамин только в комплексе с носителем. При окислении витамин В1 превращается в тиохром – жёлтое вещество с интенсивно синей флуоресценцией. В щёлочном растворе тиохром очень чувствителен к свету и флуоресценция его исчезает необратимо. Свойством витамина В1 окисляться в тиохром пользуются в тесте на этот витамин: водный раствор тиамина окисляется посредством железосинеродистого калия в тиохром, флуоресценция которого определяется фотоэлектрически после экстракции тиохрома изобутиловым спиртом. Интенсивность флуоресценции зависит от щёлочности раствора и количества находящегося там тиохрома. Результаты, получаемые этим методом, находятся в полном соответствии с биологическими тестами.
Никотиновая кислота и её амид так же связаны с коллоидальным носителем. Амид никотиновой кислоты присутствует в двух коферментах: кодегидраза-1 и кодегидраза-2. Кодегидраза-2 встречается практически во всех живых клетках. Свойства его очень близки к свойствам кодегидразы-1: оба вещества бесцветны, растворимы в воде, нерастворимы в органических растворителях. Эти носители дают хорошую флуоресценцию при освещении в УФ-свете, что используется для их определения.
Витамин С в водном растворе не флуоресцирует. Только при большой концентрации аскорбиновой кислоты с коллоидным носителем появляются зелёные, довольно лабильные по отношению к ультрафиолетовым лучам капли.
Витамин К даёт типичную адсорбцию с максимумом при 234, 248, 261, 270 и 320 нм (в ультрафиолетовой области). Витамин К обладает белой флуоресценцией в свете аргоновой лампы. Н.А. Андреев и В.Н. Букин (1949) разработали количественный флуоресцентный метод определения фолиевой кислоты в клетках. Ими построена кривая распределения интенсивности в спектре флуоресценции кислоты, показано изменение интенсивности в спектре флуоресценции кислоты, показано изменение интенсивности свечения в зависимости от рН раствора. Описан метод экстрагирования кислоты, её адсорбции на активированном угле (обработанном анилином) с последующим элуированием спиртом: полученный раствор упаривают и окисляют перманганатом. Измерение интенсивности флуоресценции авторы проводят при рН 4,0-4,5, пользуясь светофильтром (470 нм), применяя в качестве стандарта раствор фолиевой кислоты концентрации 2 мл в 100 мл воды. Для полного извлечения фолиевой кислоты необходимо подвергать дополнительной ферментативной обработке продукты, которые содержат много белковых веществ. [1,3]
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Огромную роль в исследованиях физиологии растительных организмов на современном этапе играют флуоресцентные методы. Их неотъемлемой частью является люминесцентная микроскопия, получившая широкое применение в изучении различных параметров жизнедеятельности высших и низших растений. Этот метод обладает рядом преимуществ, заключающихся в быстроте, разносторонности и высокой точности исследований.
В частности, метод люминесцентной микроскопии позволяет быстрое выявление физиологического состояния клеток микроводорослей, что важно для изучения «цветения» водоёмов, определения качества водной среды.
Постоянно возрастающая антропогенная нагрузка на биоценозы требует быстрых и точных методик биотестирования вод. Для решения этой проблемы методом люминесцентной микроскопии проводится оценка степени токсичности отдельных веществ для водорослей.
Количественная регистрация интенсивности флуоресценции, которая может быть определена с помощью рассматриваемого метода исследования, является отправной точкой в изучении фотосинтетического аппарата микроводорослей, который, как известно, в первую очередь реагирует на малейшие изменения условий среды.
Особенностью люминесцентной микроскопии является возможность качественного и количественного определения нефлуоресцирующих веществ: витаминов, специфических белков, ферментов.
Люминесцентная микроскопия, в середине прошлого века нашедшая применение в изучении физиологии микроводорослей, занимает особое место в современной системе методов научного исследования. Благодаря развитию современной науки, открытию новых флуорохромов она приобретает всё большее значение для выявления физиологического состояния микроводорослей и определения качества водной среды.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бергольц, М.В. Люминесцентная микроскопия / В.М. Бергольц – М:Медгиз, 1953. – 312-314с.
2. Веселовский, В.А. Люминесценция растений / В.А. Веселовский, Т.В. Веселова. – М.: Наука, 1990.
3. Владимиров, Ю.А. Физико-химические основы фотобиологических процессов / Ю.А. Владимиров, А.Я. Потапенко. – М.: Высшая школа, 1989. – 30-35с.
4. Вопросы фотосинтеза / Под ред. М.М. Окунцова. – Томск: Издательство Томского университета, 1970. – 48-49с.
5. Изместьева, Л.Р Методы исследования фитопланктона / Л.Р. Изместьева, Н.Б. Усенко, О.М. Кожова // Сб. Мониторинг фитопланктона. – Новосибирск: Наука, 1992. – 26-30с.
6. Инге-Вечтомова, Н.И. Спектрофлуорометрические методы исследования биологических объектов / Н.И. Инге-Вечтомова, А.Ю. Батов; Под ред. В.В. Полевого, Г.Б. Максимова – Л.: Изд-во ЛГУ, 1986. – 102-118с.
7. Люминесцентные методы определения микроколичества элементов / Отв. ред. М.А. Остапенко. – М.: Всесоюзный научно-исследовательский ин-т хим. Реактивов, 1962. – 25-34с.
8. Маторин, Д.Н. Люминесценция хлорофилла в культурах микроводорослей в природных популяциях фитопланктона / Д.Н. Маторин, П.С. Венедиктов // Итоги науки и техники ВИНИТИ, серия Биофизика - т.40. – 1900. – 50-62с.
9. Методические вопросы изучения первичной продукции планктона внутренних водоёмов / Отв. ред. И.Л. Пырина. – С-Пб.: Гидрометиздат, 1993. – 120-132с.
10. Методы биотестирования вод [сборник статей] / Под ред. А.Н. Крайнюкова. – Новосибирск: Наука, 1988. – 41-49с.
11. Методы биотестирования качества водной среды / Под ред. О.Ф. Филенко. – М.: Изд-во МГУ, 1989. – 23-25с.
12. Опритов, В.А. Теоретические основы и методы изучения биофизических процессов у растений / В.А. Опритов, В.А Калинин, В.Г. Ретивин. – Горький: Изд-во ГГУ, 1979. – 36-40с.
13. Сиренко, Л. А. Методы физиолого-биохимического исследования водорослей в гидробиологической практике / Л. А. Сиренко, А. И. Сакевич, Л.Ф. Осипов и др. – Киев: Наукова думка, 1975. - 57-63с.
14. Фёдоров, В.Д. О методах изучения фитопланктона и его активности / В.Д. Фёдоров. – Новосибирск: Наука, 1979. – 115-130с.
15. Франк, А.Н. Изучение распределения фитопланктона оптическими методами / Н.А. Франк. – Новосибирск: Наука, 1988. – 96с.
16. Эколого-физиологические исследования фотосинтеза и водного режима растений в полевых условиях. Труды всесоюзного совещания / Отв. ред. Р.К. Силяев. – Иркутск: Иркутская областная типография №1, 1983. – 27-32с.
SUMMARY
In the given work the scope of a method of luminescent microscopy is investigated. By means of this method it is possible to carry out various researches of microseaweed: revealing of a physiological condition of separate cells, an estimation of degree of toxicity of separate substances for seaweed, definition of the maintenance of vitamins in vegetable cells, quantative registration of intensity of fluorescence. This method is successfully applied in biotesting of quality of the water environment. Luminescent microscopy - a perspective direction in modern physiology of plants.