Досліджували зміна активності антиоксидантних ферментів (супероксиддисмутази і різних форм пероксидаз), вмісту проліну в залежності від накопичення Na +, K +, Cl в рослинах Thellungiella halophila в умови засолення NaCl. Показано, що індукція досліджених захисних систем вище, ніж у інших модельних рослин (Arabidopsis thaliana, Mesembryanthemum crystallinum).

Анотація наукової статті з біологічних наук, автор наукової роботи - Карташов А. В., Іванов Ю. В., Радюкіна Н. Л., Шевякова Н. І., Кузнецов В. В.


Область наук:
  • біологічні науки
  • Рік видавництва: 2006
    Журнал: Известия Пензенського державного педагогічного університету ім. В.Г. Бєлінського
    Наукова стаття на тему 'Активація деяких захисних систем в рослинах Thellungiella halophila при дії NaCl'

    Текст наукової роботи на тему «Активація деяких захисних систем в рослинах Thellungiella halophila при дії NaCl»

    ?Як відомо, для характеристики ступеня диференціації профілю чорноземів по мулу використовується показник відношення кількості мулистих частинок в иллювиальном горизонті до такого ж показника в елювіальними горизонті (К1). У досліджуваних нами грунтах середньозважений показник К1 дорівнює: для чорноземів слабовищелоченних 1,011,05, чорноземів вилужених 1,15-1,18, чорноземів опідзолених 1,4-1,5. Максимальних значень показник К1 досягає під покровом деревних спільнот і в умовах підвищеного внутріпоч-венного стоку води.

    У якісному складі гумусу також простежується певна закономірність. При збільшенні ступеня Вилужені і оподзоленності мобільність гумусу збільшується, а відношення ГК: ФК зменшується. Так, в чорноземах типових формується гумус гуматного складу (відповідно до класифікації Гришиной Л.А., Орлової Д.С., 1978). Ставлення СГК: СФК = 2,17-2,64. У чорноземах опідзолених гумус набуває фульватно-гуматний склад, відношення СГК: СФК в перегнійно-акумулятивний горизонті 1,16-1,52, донизу зменшується до 1,06-0,97. Мабуть, саме висока мобільність гумусу чорнозему опідзоленого є причиною появи елювіальними, вилуговування, іллімерізаціі. Ці процеси мають місце в умовах підвищеного стоку внутріпочвенного вологи, впровадження деревно-чагарникових форм в трав'янисті співтовариства. Отже і сучасне рельєфоутворення, що приводить до розвитку дренирующей територію яружно-балкової системи, підсилює внутріпочвенний відтік вологи, так само може викликати поступову трансформацію чорноземів в бік посилення ознак вилуговування і оподзоливания. Найбільш інтенсивне прояв даного процесу слід очікувати в умовах підвищених елементів рельєфу - верхній частині схилів, в плакорні умовах, де внутріпочвенний відтік вологи під дренирующим впливом яружно-балочної мережі максимально виражений.

    Зазначені вище особливості динаміки чер-нозёмообразованія дозволяють зробити висновок про особливості використання агроландшафтів з метою

    збереження генетичних особливостей чорноземів і запобігання їх трансформації в менш цінні типи грунтів. Основними прийомами використання є впровадження системи адаптивного землеробства з використанням багатокомпонентних трав'янистих співтовариств і сидератів в сівозмінах з метою відтворення запасів гумусу, структурного стану і біологічної активності грунтів; боротьба з ерозією грунтів - сучасним рельефообра-ням; впровадження інтенсивних технологій вирощування сільськогосподарських культур, спрямованих на збереження і підвищення рівня ґрунтової родючості.

    Отже, грунтовий покрив Пензенської області, досить складний за своїм складом, відчуває сильний антропогенний вплив. Повсюдно розвинені процеси дегумификации, деструктуріза-ції, підкислення, руйнування водними потоками, вітром. Відродження сили землі можливо тільки на основі глибокого пізнання її властивостей і впровадження в сільськогосподарське виробництво науково-обгрунтованих систем землеробства, що дозволяють не тільки відновлювати втрачене родючість, а й підвищувати його.

    список літератури.

    Географічний атлас Пензенської області. Пенза .: Про-

    ліздат, 2005. С. 6-16. Гришина Л.А., Орлов Д.Є. Система показників гумус-ного стану грунту // Проблеми грунтознавства. М .: Наука, 1978. С. 200-217. Добровольський Г.В., Урусевський І.С. Географія грунтів.

    М .: Видавництво МДУ, 1984. 416 с. Кузнєцов К.А. і ін. Грунти Пензенської області. Пенза-Саратов: Приволзькому книжкове видавництво, 1966. 125 с.

    новикова Л.А. Багаторічна динаміка рослинного покриву Островцовской лісостепу // Стан, вивчення і збереження заповідних природних комплексів лісостепової зони. Воронеж, 2000. С. 213-216.

    Чистякова А.А. та ін. Пензенська лісостеп (навчальний

    посібник з екології). Пенза, 2002. С. 9-53. Соляна А.А. Рослинний покрив // Природа Пензенської області. Пенза-Саратов: Приволзькому книжкове видавництво, 1966. 125 с.

    УДК 581.1

    активація деяких захисних систем в рослинах

    THELLUNGIELLA HALOPHILA при дії NACL

    А.В. КАРТАШОВ1, Ю.В. ІВАНОВ2, Н.Л. РАДЮКІНА2, Н.І. ШЕВЯКОВА2, Вл.В. КУЗНЕЦОВ2 Пензенський державний педагогічний університет,

    кафедра ботаніки, фізіології та біохімії рослин1, Інститут фізіології рослин ім. К.А. Тімірязєва РАН2

    Досліджували зміна активності антиоксидантних ферментів (супероксиддисмутази і різних форм пероксидаз), вмісту проліну в залежності від накопичення Na +, К +, Cl- в рослинах Thellungiella halophila в умови засолення Na Cl. Показано, що індукція досліджених захисних систем вище, ніж у інших модель -них рослин (Arabidopsis thaliana, Mesembryanthemum crystallinum).

    ВІСТІ ПДПУ • Природничі науки • № 1 (5) 2006 р.

    Thellungiella halophila Mey. - факультативний галофіт сімейства хрестоцвітних (Brassicaceae). У зарубіжній науковій літературі нарівні з цією назвою, як синонім, використовується назва Thellungiella salsuginea Pall. Однак ці види були описані в різний час і лише в 1924 р поміщені в один рід найбільшим дослідником сімейства хрестоцвітних Шульцем (Schulz, 1924).

    В даний час рід Thellungiella включає 4 види (Th. Salsuginea, Th. Botschantzevii, Th. Halophila, Th. Parvula). Th. halophila поширена на солонцюватих грунтах на рівнинах і в передгір'ях, на території східного Казахстану і північному заході Китаю (Герман, 2002).

    Th. halophila показує унікальну толерантність до різних видів абиотического стресу. Цей вид може виростати і розмножуватися при високих концентраціях солей в грунті. Висока гомология геномів Th. halophila і її найближчого родича Arabidopsis thaliana дозволяє використовувати базу даних Arabidopsis Biological Resource Center, Ohio (США) для вивчення експресії генів в молекулярних дослідженнях (Gong, 2005). Th. halophila в даний час інтенсивно вивчається, проте, генетичні та фізіолого-біохімічес-кі причини такої високої стійкості практично невідомі.

    У зв'язку з цим особливий інтерес представляє дослідження деяких ферментів антиоксидант-них систем і накопичення осморегулятора пролина у Th. halophila у відповідь на дію засолення.

    МАТЕРІАЛИ ТА МЕТОДИ

    Насіння рослин Th. halophila для дослідів люб'язно надані професором A. Амтман (Університет Глазго, Великобританія).

    Виходячи з даних про хімічний склад засолених грунтів і досвіді зарубіжних дослідників, які вивчають дію засолення на рослини, як стрес-фактора був обраний NaCl.

    Перед посівом насіння піддавалися поверхневої стерилізації в розчині 13% -ного перекису водню і 96% етанолу. Висів проводився на вологий перліт. Посіви поміщалися на стратифікацію протягом 4-7 днів при + 4 ° С. Після проростання і освіти другої пари справжніх листків рослини переносилися в судини для вирощування у водному культурі. В якості поживного розчину використовували середовище Джонсона, модифікована по Whinter. При досягненні рослинами віку 6 тижнів, щодня протягом 7 діб в живильне середовище вносили по 100 mM розчину NaCl. Відібрані зразки рослин фіксували рідким азотом і зберігали при -70 ° С.

    Зміст іонів Cl- в рослинах визначали потенціометричним методом на іонному аналізаторі Orion Research Expandable ionanalyzer EA940 (Cambridge, USA) за допомогою комбінованого хлоридного електрода.

    Зміст іонів Na + і K + визначали на полум'яному фотометрі Carl Zeiss Model III (Jena, Germany).

    Зміст вільного проліну визначали за методом Байтса (Bates, 1973), активність супероксид-дисмутази за методом Фрідовіч (Beauchamp, 1971) і гваякол-залежних пероксидаз (Шевякова, 2002). Концентрація білка в отриманих ферментних препаратах вимірювалася за методом Есена (Esen, 1978). Всі експерименти виконані в трьох біологічних повторностях.

    РЕЗУЛЬТАТИ І ОБГОВОРЕННЯ

    При поступовому підвищенні концентрації NaCl в живильному розчині до 300 mM рослини Th. halophila не мали ознак пошкодження. Підвищення концентрації NaCl до 700 mM викликало стійке зневоднення тканин і поява вогнищ некрозу на листках.

    Зміст іонів Na +, К + і Ct.

    При поступовому збільшенні концентрації NaCl в живильному розчині в листі рослин зростав вміст іонів Na + і Cl- (рис. 1).

    Аналогічна залежність спостерігалася і в коренях, але в абсолютних показниках вміст іонів вище, ніж в листі (рис. 2). При концентрації NaCl в середовищі 300 mM, в листі досвідчених рослин відмічено перевищення вміст іонів Na + і Cl- по відношенню до контролю в 33 і 93 разів відповідно. При цьому вміст іонів K + як в листі, так і і в коренях знижувалося незначно, в порівнянні з контролем. Таким чином, засолення не викликало відчутного дефіциту калію, який характерний для соленеустойчівих рослин (глікофітов).

    Мал. 1. Зміст іонів № +, О в листі ТЬ. Ьа! Ори! А при дії різних концентрацій №0

    Одним з істотних відмінностей 1'. halophila від типового глікофіта А. ьІаМапа є акумуляція № +, що раніше було показано в роботі Уега-Єв-

    trella (Vera-Estrella, 2005). За даними цього автора, акумуляція Na + в тканинах Th. halophila здійснюється за допомогою активації № + / Н + -транспортер і спрямована на підтримку в клітинах необхідного для їх життєдіяльності водного потенціалу.

    л про про

    CS

    s:

    5S О Л

    3 про і

    4 про

    4,5 - |

    4,0

    3,5

    3,0

    2,5

    2,0

    1,5

    1,0

    0,5

    0,0

    ? Na +

    ? K +

    ? Cl-

    cCL

    te

    0 100 200 300

    концентрація NaCl, mM

    Мал. 2. Зміст іонів Na +, K +, Cl- в коренях Th. halophila при дії різних концентрацій NaCl

    Можливо, що сольовий стрес регулює активність калієвих транспортерів шляхом підвищення експресії генів, що кодують різні протеїн-кінази і фосфатази (Jian-Kang Zhu, 2003).

    зміст пролина.

    Акумуляція пролина розглядається як найважливіший фактор, необхідний для осморегуляции і захисту макромолекул клітини при дії на рослини засолення (Deuschle, 2004).

    У наших дослідах спостерігалася позитивна кореляція акумуляції пролина з підвищенням концентрації NaCl в живильному розчині. Стійке збільшення вмісту проліну в рослинах спостерігалося до максимальної концентрації NaCl (700 mM) (рис. 3).

    Конститутивним рівень проліну для Th. halophila був значно вище, ніж для рослин A. thaliana і галофитами Mesembryanthemum crystallinum. Можна припустити, що в рослинах Th. halophila підвищена експресія генів, що кодують ферменти синтезу проліну, і знижена експресія генів, що кодують ферменти його катаболізму.

    Активності суперокіддісмутази, вільної, іон-зв'язаної і ковалентно-пов'язаної гваякол-залежних пероксидаз.

    В даний час встановлено, що дія будь-якого стресового чинника супроводжується утворенням активних форм кисню (супероксид аніон, гідроксил аніон, перекис водню), які ушкоджують білки, нуклеїнові кислоти і ви-

    викликають перекисне окислення ліпідів в мембранах клітин.

    Деструкція супероксид аніону здійснюється супероксиддисмутазой (СОД). В результаті реакції дисмутації супероксида утворюється перекис водню, яка надає шкідливу дію на клітини. Захист клітини від перекису здійснюється за допомогою ряду ферментів антиоксидантної дії (пероксидаза, каталаза, аскорбат пероксидаза, глутатіон пероксидаза), а також низькомолекулярними осмопротекторамі ^ аИоп, 1997; ВоісЬегеаі, 1999). Комплекс послідовно включаються біохімічних реакцій, каталізуються вищевказаними ферментами, і акумуляція низькомолекулярних сполук складають захисну систему рослини.

    250 - |

    0

    0 100 200 300 400 500 600 700 концентрація №С1, ТМ

    Мал. 3. Зміст вільного проліну в рослинах ТЬ. halophila при дії різних концентрацій №0

    Активність СОД в досліджених рослинах у відповідь на дію засолення підвищувалася і досягала максимуму при 200 ТМ №С1, як в коренях, так і в листі (рис. 4). Активність СОД в коренях була вища за активність в листках при однаковій концентрації №С1 в живильному середовищі. Ця різниця склала 2,5-3 рази. Конститутивним рівень активності СОД також був вище, ніж у А. ЛаНапа і М. ау ^ аШпіт.

    Пероксидаза (ПО) є одним з маркерних ферментів і практично першої активується у відповідь на стрес. Цей мультифункціональний фермент на додаток до антиоксидантної функції бере участь у величезній кількості біохімічних реакцій. Залежно від локалізації в рослинних клітинах розрізняють розчинні (вакуоль, цитоплазма), іон-пов'язані (мембрани, клітинна стінка) і ковалентно-пов'язані (клітинна стінка) форми пероксидази (Шевякова, 2002). У нашій роботі досліджена активність всіх трьох форм пероксидази.

    ВІСТІ ПДПУ - Природничі науки - № 1 (5) 2006 р.

    1200

    0 100 200 300

    концентрація NaCl, mM

    Мал. 4. Активність супероксиддисмутази в рослинах Th. halophila при дії різних концентрацій NaCl

    Активність ПО підвищувалася при дії засолення і досягала максимуму при концентрації 300-400 mM NaCl в живильному середовищі (рис. 5, 6). При цьому різниця в рівні активності ПО в коренях і листках була ще більш значною, ніж у СОД (майже в 8 разів).

    0 100 200 300 400 500

    концентрація NaCl, мм про ль

    ? ковалентно-в'язана

    ? іон-пов'язана

    Мал. 5. Активність форм пероксидази в листі ТЬ. Ьа! Ори! А при дії різних концентрацій №С

    Внесок в загальну активність різних форм пероксидази був неоднаковий в листі і коренях. У листі велику роль у зміні загальної активності відіграє вільна пероксидаза, а в коренях - іон-свя-

    занная. Можливо, в коренях це пов'язано з необхідністю зміцнення клітинної стінки, оскільки коріння є першим бар'єром при дії підвищених концентрацій ІаС1.

    Запізнюється характер підвищення активності ПО протягом досвіду можна пояснити тим, що функціонування пероксидази починається після підвищення концентрації перекису водню, що утворюється в реакції деструкції супероксид аніону СОД. Надалі підвищення активності ПО не спостерігалося. Можливо, в цьому випадку деструкція перекису відбувається за допомогою каталази, яка працює при більш високій концентрації перекису в клітці. Можна припускати і активацію низькомолекулярних механізмів її деградації.

    * <D

    ю

    I-

    ^

    о *

    13

    і

    I-

    §

    §

    А Н О

    про X і S

    2500

    2000

    1500

    1000

    500

    0 100 200 300 400 500

    концентрація NaCl, ммоль

    ? коваленгно-пов'язана

    ? іон-пов'язана В вільна

    Мал. 6. Активність форм пероксидази в коренях Th. halophila при дії різних концентрацій NaCl

    Таким чином, отримані дані свідчать про конститутивно високої активності досліджених захисних систем в Th. Halophila, значно перевищують активність не тільки у глікофітов, а й у галофитами М. crystallinum. Такі властивості відкривають великі перспективи у вивченні механізмів адаптації з використанням нового модельного об'єкта.

    Робота підтримана грантом 04-04-392 РФФД, і грантом «Молекулярна біологія клітини».

    список літератури

    Asim Esen. A Simple Method for Quantitative, Semiquantitative, and Qualitative Assay of Protein. Analytical Biochemistry. 1978. v.89. №2. P. 264-273. Bates L.S, Waldren R.P. Teare ID тисячі дев'ятсот сімдесят три Rapid determination of free proline for water stress studies. Plant & Soil 39. P. 205-207.

    0

    Bouchereau A., Aziz A., Larher F., Martin-Tanguy J. Poly-amines and environmental challenges: recent development. // Plant Science. 1999. V. 140, P. 103-125.

    Beauchamp Ch., Fridovich I., Superoxide Dismutase improved assays and an assay applicable to acrylamide gels; Analytical Biochemistry. 1971. №44, P. 276-287.

    Galston A.W., Kaur-Sawhney R., Altabella T. and Tibur-cio A.F. Plant polyamines in reproductive activity and response to abiotic stress. // Bot. Acta. 1997. V. 110. P. 197-207.

    Jian-Kang Zhu. Regulation of ion homeostasis under salt stress. // Current opinion in plant biology. 2003. Vol. 6, P. 441-445.

    Deuschle K., Funck D., Forlani G., Stransky H., Biehl A., Leister D., Eric van der Graaf, Reinhard Kunze, Wolf B. Frommer. The role of A1-pyrroline-5-carboxylate dehydrogenase in proline degradation. // The plant cell. 2004. Vol. 16. P. 3413-3425.

    Gong Q., Li P., Ma S., Rupassara S.I., Bohnert H. J. Salinity stress adaptation competence in the extremophile Thellungiella halophila in comparison with its rela-

    tive Arabidopsis thaliana. // The Plant Journal. 2005. Blackwell Publishing Ltd.

    Vera-Estrella R., Barkla B. J., Garcia-Ramirez L., Pantoja O .. Salt stress in salt cress activates Na + transport mechanisms required for salinity tolerance. // Plant Physiology. 2005. Vol. 139. P. 1507-1517.

    Schulz O.E. Cruciferae-Sisymbrieae // Engler A. Das Pflanzerreich. - Leipzig, 1924. - Hf.86. (IV-105). - S. 1-388.

    Герман ТАК. О роде Thellungiella O.E. Schulz (Crucif-erae) // Turczaninowia. 2002. 5 (2): 32-41.

    Шевякова Н.І., Стеценко ЛА., Мещеряков A.B., Кузнецов Вл. В. Зміна активності пероксидазною системи в процесі стрес-індукованої формування CAM // Фізіологія рослин. 2002. т. 49. № 5. с. 670-677.

    Шевякова Н.І., Стеценко ЛА., Мещеряков A.B., Кузнецов Вл. В. Зміна активності пероксидазною системи в процесі стрес-індукованої формування CAM // Фізіологія рослин. 2002. т. 49, № 5, с. 670-677.

    УДК 591.4

    ВПЛИВ селенатов НАТРІЮ НА РОСТОВІ ПРОЦЕСИ У РІЗНИХ СОРТІВ конопель

    СА СОЛДАТОВ, ХРЯНІН В.Н Пензенський державний педагогічний університет, кафедра ботаніки, фізіології і біохімії рослин

    Вивчено вплив селената натрію в лабораторних умовах на зростання і розвиток конопель посівної (Cannabis sativa L.). Відзначено, що величина і спрямованість дії селену залежить від доз мікроелемента, а також сорти конопель. Встановлено, що селенат натрію в оптимальних концентраціях володіє по відношенню до рослин конопель різних сортів на ранніх етапах онтогенезу ростостимулюючим дією. При цьому збільшується накопичення досвідченими рослинами сирої та сухої біомаси у порівнянні з контролем.

    МАТЕРІАЛ І МЕТОДИКА

    Як об'єкт дослідження були взяті різні сорти дводомної конопель. При виборі об'єкта дослідження враховувалися біологічні особливості та господарська цінність рослини.

    Для дослідів були взяті такі сорти конопель:

    "Кубанська рання" - скоростиглий сорт коноп-

    Чи південного типу, виведений методом багаторазового сімейності-групового відбору з індивідуальною оцінкою кожного елітного рослини по комплексу господарсько-цінних ознак з гібридної популяції (ЮС-22 х Кавказька) х Кавказька. Вегетаційний період становить 130-132 дня.

    "Зіниця" - середньостиглий сорт південних конопель, виведений методом гібридизації і багаторазового родинного відбору. Вегетаційний період - 145150 днів.

    "Слов'янка" - пізньостиглий сорт південних конопель, виведений методом багаторазового сімейності-групового відбору із сорту Краснодарська 56. Вегетаційний період становить 150-155 днів.

    Вибрані сорти відрізняються довжиною вегетаційного періоду. Це дає можливість з'ясувати,

    однаковий чи характер дії має селен на ранньостиглі і пізньостиглі сорти.

    Більш детальну характеристику використовуваних в дослідах сортів можна знайти в Державному реєстрі селекційних досягнень, допущених до використання (1997; 2000; 2001).

    Насіння для дослідів отримані з лабораторії селекції конопель Краснодарського НИИСХ.

    В ході лабораторних дослідів вивчали вплив селената натрію на ростові процеси та накопичення біомаси у 10-ти денних проростків конопель.

    У всіх лабораторних дослідах були такі варіанти:

    1 - для вирощування використовувалася дистильована вода (контроль);

    2-9 - для вирощування використовувалися розчини селената натрію в концентраціях: 529,10; 52,91; 5,29; 0,53; 0,05; 0,005; 0,0005; 0,00005 мМ відповідно.

    РЕЗУЛЬТАТИ

    Результати дослідів по впливу селену на ріст 10-ти денних проростків конопель представлені в таблиці 1 і на малюнках 1-2.


    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити