CC BY
17АКТИВНОСТЬ АНТИОКИСЛИТЕЛЬНЫХ ФЕРМЕНТОВ В КЛУБНЯХ КАРТОФЕЛЯ ПРИ ПОВЫШЕНИИ АГРЕССИВНОСТИ ФИТОФТОРЫ
Н.В. Морозов, Л.А. Ганеева, ТТГПУ, В.С. Валиев, ИнЭПСАНРТ, Казань
Ежегодные общие потери картофеля от фитофтороза и затраты на борьбу с ним стремительно растут и на данный момент оцениваются примерно в 3 млрд долларов [1]. В последние годы зафиксирована очередная волна резкого возрастания вредоносности фитофтороза. Серьезные изменения в биологии возбудителя заболевания в итоге привели к повышению его экологической пластичности, адаптивности и патогенных свойств. Возросший эпифитотиологический потенциал Р.
стал причиной снижения эффективности общепринятых методов защиты картофеля. Так, агротехнические мероприятия имеют скорее профилактическое значение. Возделывание устойчивых сортов не гарантирует получения стабильного урожая в условиях сильного развития болезни без применения фунгицидов. Однако и химический метод может обеспечить приемлемый уровень контроля заболевания только при условии увеличения количества обработок. Так, в странах ЕС посадки картофеля опрыскивают 7-20 раз за сезон, что на 40% выше, чем в 70-х годах [2]. Дополнительные затраты на пестициды снижают рентабельность выращивания культуры, вызывают обеспокоенность потребителей картофеля, отдающих предпочтение экологически чистой продукции, и усиливают антропогенный прессинг на окружающую среду.
Важную функцию в устойчивости картофеля к фитофторе выполняет так называемый гипер-ответ на внедрение патогена. Он реализуется через механизм программируемой гибели клетки (ПКС). Так как ключевым моментом, определяющим особенности и скорость осуществления ПКС (апоптоз или некроз) является изменение активности системы антиокси-дантной защиты и окислительных ферментов, необходимо изучение соотношений различных звеньев этих систем, что в перспективе даст возможность управления чувствительностью гипер-ответа. Важнейшими ферментами, в этой связи, являются каталаза и пероксидаза.
Неоднозначны сведения и об активности антиокислительных ферментов как в процессе поражения патогеном, так и на разных стадиях этого поражения [3-5].
В связи с этим, нами проведена работа по оценке изменчивости активности антиокислительных ферментов в клубнях картофеля при нарастании агрессивности рас фитофторы.
Материалы и методы. Для инокуляции использовали собранные в Нижнекамском районе Республики Татарстан изо-ляты фитофторы. Их выращивали на агаризованной овсяной среде (160 г овсяных хлопьев доводили до кипения в 500 мл дистиллированной воды. Расплавляли 14 г агар-агара. Растворы смешивали, объем среды доводили до 1 л. [6].
Изменение агрессивности изолятов изучали на живых листьях восприимчивых сортов картофеля (Санте), опрыскивая их газон из листьев суспензией зооспор (5 мл). Через 48 часов подсчитывали число пятен и пересчитывали на 1 кв. см поверхности листа. Показателем агрессивности было увеличение числа инфекционных пятен на листьях. Для последующей работы отбирались максимально пораженные листья. После образования спороношения его смывали дистиллированной водой, получали взвесь зооспорангиев и повторяли процедуру заражения листьев. Было проведено 5 подобных пассажей. Эксперимент проводили на клубнях того же сорта картофеля, листья которого использовались для наращивания агрессивности методом, разработанным во ВНИИ фитопатологии [7].
Было сформировано три экспериментальных линии (по 10 образцов): контроль (клубни не пораженные фитофторой), стартовая линия (клубни инокулированные начальным изолятом, собранным и выращенным на агаризованной овсяной среде), опытная линия (клубни инокулированные агрессивной расой, полученной в ходе 5 последовательных пассажей на листьях).
Клубни разрезали на брусочки размером 5x7x30 мм в десятикратной повторности. Каждый брусочек одним концом на 3-5 с погружали в суспензию зооспорангиев, разлитую слоем 2-3 мм в чашки Петри. Концентрация инокулюма составляла 5-7 конидий в поле зрения микроскопа при 80-кратном увеличении. Через 6 суток измеряли длину зоны поражения P.infestans и определяли интенсивность спороношения по пятибалльной шкале: 0 - спороношение отсутствует, 5 - спо-роношение по всей поверхности пораженной зоны, 1-4 - промежуточные значения. Индекс агрессивности патогена вычисляли по формуле: X=2(IixDi)/n, где Ii - средняя величина поражения, мм; Di - средняя интенсивность спороношения, балл; n - количество заражений.
Параллельно в тех же клубнях определяли содержание железа и меди, как кофакторов антиокислительных ферментов методом атомно-абсорбционной спектрофотометрии на спектрофотометре AAS-3, а также активность ферментов: катала-зы - по Баху А.Н. и Опарину А.М. титрованием раствора перманганата калия в кислой среде [8], пероксидазы - по кинетической реакции с ферроцианидом калия [9].
Результаты исследования. Отмечено (табл.) статистически достоверное увеличение активности каталазы в пораженных клубнях опытной линии (р=0,0003) и некоторое увеличение ее активности в стартовой линии (р=0,0009).
Показатели активности ферментов, содержания железа и меди в клубнях, индексы агрессивности патогена в разных экспериментальных группах
Экспери-ментальные группы Индекс агрессивности патогена Активность ферментов Содержание металлов в клубнях, мг/кг сыр. в
ката-лаза, мкмоль/ мин перокси- даза, мкмоль/ мин г. ткани Fe Cu
Контроль Стартовая линия Опытная линия 0 24 76 9,8±0,49 10,4±0,45 14,2±0,72 31,7±0,48 40,5±1,95 58,3±1,43 11,68±0,52 15,2±0,77 19,23±0,97 2,095±0,17 2,236±0,25 2,711±0,303
При сравнении активности пероксидазы отмечены достоверные различия между всеми экспериментальными группами. Так, активность пероксидазы в контроле была достоверно ниже таковой как в стартовой линии (р=0,00038), так и в опытной группе (р<0,0001). Стартовая и опытная линии также различались между собой по этому показателю, р<0,0001.
Таким образом, можно констатировать, что максимальную активность и каталаза, и пероксидаза проявляют при возрастании агрессивности фитофторы в клубнях опытной группы.
С индексом агрессивности активность ферментов связывает четкая корреляционная взаимосвязь, выраженная следующими уравнениями регрессии: активность каталазы = 9,455 + 0,06* индекс агрессивности (й=0,98; Е=27,6; р=0,035 (рис. 1), активность пероксидазы = 31,87 + 0,349* индекс агрессивности (Я=0,99; Е=3598; р=0,0053 (рис. 2).
Концентрация железа в клубнях картофеля различных групп исследования также статистически достоверно различалась: в клубнях контрольной и стартовой групп (р=0,0014), контрольной и опытной (р<0,0001), стартовой и опытной групп (р=0,004). Отмечено увеличение содержания железа в ткани клубней картофеля параллельно нарастанию активности антиокислительных ферментов, для каталазы коэффициент корреляции г=0,66, р=0,032, для пероксидазы г=0,82, р=0,015. Содержание меди в ткани клубней различных групп
18
This document was created using
Плодородие №4 • 2007
Solid □onverterPDF
To remove this message, purchase the product at www.SolidDocuments.com
исследования статистически достоверно не различалось (р>0,05) и значимых корреляций также не было отмечено.
15 г
> 11 т
80
-10 0 10 20 30 40 50 60 70
Индекс агрессивности
Рис. 1. Активность каталазы в зависимости от агрессивности патогена
60 г
30
0
10
Плодородие №4 • 2GG7
стресса // Сборник трудов международной конференции "Современные проблемы микологии, альгологии и фитопатологии", 1998, Москва, Муравей, С. 38-40.
20 30 40 50 60 70 80
Индекс агрессивности
Рис. 2. Активность пероксидазы в зависимости от агрессивности патогенна
Таким образом, при фитофторозе происходит увеличение активности антиокислительных ферментов, причем тем выше, чем агрессивнее патоген. Результаты нашего исследования свидетельствуют в пользу патоген-индуцируемого происхождения повышенной активности антиокислительных ферментов в клубне картофеля при фитофторозе. Подобное явление наблюдали и другие исследователи [10].
Возможно, снижение активности ферментов антиокси-дантной защиты способно индуцировать некроз при начальной реализации апоптоза. Сравнивая апоптоз с эвакуацией и сворачиванием, некроз можно представить в виде взрывного уничтожения, которое может быть эффективнее в условиях грибкового поражения. Соответственно, возникает парадоксальный на первый взгляд вывод о том, что ингибирование системы антиоксидантной защиты способно увеличить устойчивость картофеля к фитофторозу за счет индуцирования гиперответа.
Литература
1. Захаренко В.А. Тенденции изменения комплексов, видового разнообразия, внутрипопуляционных структур и динамики вредных организмов. Москва, 2003. 31 с. 2. Филиппов А.В.// Защита и карантин растений. 2005. № 4. С. 74-91. 3. Levine A., Tenhaken R.//Cell. 1994.V. 79. N 4. P. 583-593. 4. Mittler R., Herr E.H.//Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1999. V. 96. N 24. P. 14165-14170. 5. Mittler R., Feng X., Cohen M.//Plant Cell. 1998. V.10. N3. P. 461-473. 6. Поединок Н.Л., Дьяков Ю.Т. Использование медицинской желчи для ограничения роста колоний Phytophthora infestans// Микология и фитопатология. - 1981. -№ 6.- С. 470-472. 7. Filippov, A. V., Kuznetzova, M. A., Rogozhin, A. N., Shirokova, E. A. & Kostjashov, V. V. Systemic resistance of potatoes to late blight activated by preplanting treatment of tubers with specially formed low frequency pulse electric fields//J. Rus. Phytopathol. Soc. 2000. N 1. P. 69-73. 8. Тенишева Н.Х. Практикум по биохимии, Казань, 2003. 9. Рогожкин В.В. Практикум по биологической химии, СПб, 2006. 10. Еланский С.Н., Попова И.И. Устойчивость фитопатогенного гриба Phytophthora infestans (Mont.) de Bary к индукторам окислительного
19
This document was created using
Solid Converter PDF
To remove this message, purchase the product at www.SolidDocuments.com
14
13
12
10
9
55
50
45
40
35
