Научная статья на тему 'АКтивность компонентов системы «эстеразы - ингибиторы эстераз колорадского жука» в тканях картофеля'

АКтивность компонентов системы «эстеразы - ингибиторы эстераз колорадского жука» в тканях картофеля Текст научной статьи по специальности «Агробиотехнологии»

213
45
Поделиться
Ключевые слова
ЭСТЕРАЗЫ / ИНГИБИТОРЫ / КАРТОФЕЛЬ / КОЛОРАДСКИЙ ЖУК / УСТОЙЧИВОСТЬ РАСТЕНИЙ.

Аннотация научной статьи по агробиотехнологии, автор научной работы — Шевченко Н. Д., Ибрагимов Р. И., Шпирная И. А., Умаров И. А., Хамадалиев Р. Ф.

Статья посвящена исследованию активности компонентов системы «эстеразы ингибиторы эстераз колорадского жука». Показано, что экстракты тканей личинок и имаго колорадского жука, листьев и клубней картофеля обладают эстеразной активностью. Установлено, что клубни и листья различных сортов и гибридов картофеля содержат ингибиторы, подавляющие активность эстераз колорадского жука. Показатели активности ингибиторов эстераз в тканях растений могут служить в качестве критерия их устойчивости к фитофагам.

Похожие темы научных работ по агробиотехнологии , автор научной работы — Шевченко Н. Д., Ибрагимов Р. И., Шпирная И. А., Умаров И. А., Хамадалиев Р. Ф.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Текст научной работы на тему «АКтивность компонентов системы «эстеразы - ингибиторы эстераз колорадского жука» в тканях картофеля»

УДК 577.152:582.951.4:595.768

АКТИВНОСТЬ КОМПОНЕНТОВ СИСТЕМЫ «ЭСТЕРАЗЫ -ИНГИБИТОРЫ ЭСТЕРАЗ КОЛОРАДСКОГО ЖУКА» В ТКАНЯХ КАРТОФЕЛЯ

© Н. Д. Шевченко*, Р. И. Ибрагимов, И. А. Шпирная,

И. А. Умаров, Р. Ф. Хамадалиев

Башкирский государственный университет Россия, Республика Башкортостан 450074 г. Уфа, ул. Заки Валиди, 32.

Тел. +7 (347) 273 6712.

E-mail:natasha.shch@mail.ru

Статья посвящена исследованию активности компонентов системы «эстеразы — ингибиторы эстераз колорадского жука». Показано, что экстракты тканей личинок и имаго колорадского жука, листьев и клубней картофеля обладают эстеразной активностью. Установлено, что клубни и листья различных сортов и гибридов картофеля содержат ингибиторы, подавляющие активность эстераз колорадского жука. Показатели активности ингибиторов эстераз в тканях растений могут служить в качестве критерия их устойчивости к фитофагам.

Ключевые слова: эстеразы, ингибиторы, картофель, колорадский жук, устойчивость растений.

Гидролитическим ферментам и их ингибиторам принадлежит весьма важная роль во взаимоотношениях фитофагов и растений. В процессе коэволюции с растениями, насекомые-фитофаги сформировали набор пищеварительных гидролаз, обеспечивающих усвоение питательных веществ из определенных видов растений и их отдельных органов, тканей. В свою очередь, у растений сформировались защитные механизмы, подавляющие обменные процессы вредителей, и обеспечивающие таким образом их устойчивость. К числу таких защитных агентов относятся и ингибиторы, подавляющие активность экзогенных гидролитических ферментов [1, 2]. С этих позиций, наиболее изученными являются протеиназы и амилазы насекомых-вредителей [3, 4]. Важную роль во взаимодействиях растений и насекомых выполняют и другие гидролитические ферменты, в частности эстеразы, расщепляющие сложноэфирные связи в органических соединениях. Сведения о функционировании эсте-раз насекомых и их ингибиторов из растений пока немногочисленны [5-9]. В связи с этим, нами исследована активность компонентов комплекса «эстеразы - ингибиторы эстераз» в тканях картофеля и колорадского жука.

Материалы и методы

Источниками эстераз и их ингибиторов служили личинки колорадского жука (Leptinotarsa de-cemlineata Say), клубни и листья трехнедельных проростков картофеля (Solanum tuberosum L.) сортов Башкирский, Невский, Удача и экспериментальных гибридов 4292, 4281, 4407. Для экстракции белков образцы насекомых и растений заливали холодным раствором 0.05 М трис-HCl буфера, рН 8.2, в соотношении 1:1, гомогенизировали 2-3 мин.

Гомогенат выдерживали 3 ч при 4 °С. Осадок отделяли центрифугированием при 3000 об/мин на центрифуге MPW-310 (Польша), в течение 10 мин. Полученный экстракт замораживали и использовали в дальнейшей работе. Активность эстераз и их ингибиторов определяли методом агарозных пластин по гидролизу субстрата твин-20, включенного в гель

агарозы [10]. Активность фермента рассчитывали по размеру площади гидролизованного участка геля вокруг лунки. За 1 единицу активности (Е) принимали такое количество фермента, которое необходимо для гидролиза субстрата на участке геля размером 1 мм2. За 1 единицу активности ингибитора (ИЕ) принимали такое его количество, которое подавляло 1Е активности фермента. Каждый опыт проводили в трех биологических и трех аналитических повторностях. Статистическую обработку экспериментальных данных проводили с помощью программы Excel пакета Microsoft Office.

Результаты и их обсуждение

В наших экспериментах показано, что в экстрактах клубней картофеля, имаго и личинок колорадского жука выявляется эстеролитическая активность. По скорости гидролиза субстрата твин-20, показатели активности насекомых и клубней картофеля сопоставимы с активностью высокоочи-щенного коммерческого препарата эстеразы из свиной печени. Наибольшая активность эстераз определялась в тканях личинок. Имаго, по сравнению с ними, обладали меньшей активностью данных ферментов (табл. 1). Как видно, замораживание насекомых при температуре -12 °С не влияет на ферментативную активность экстрактов, что позволяет сохранять экстракты длительное время.

В листьях картофеля активность эстераз нами не была обнаружена, тогда как клубни характеризовались их высокой активностью. Исследуемые ферменты насекомых и картофеля были термолабильны. Так, прогревание экстрактов при температуре 50 °С сопровождалось снижением их активности на 40-50%, а прогревание при 70 °С - приводило к полной потере ферментативной активности Экстракты клубней исследуемых сортов картофеля характеризовались различным уровнем эстеразной активности. Наибольшая активность выявлялась в клубнях картофеля сорта Луговской, наименьшая -в клубнях гибрида 4281. (рис. 1). Все сорта повторно анализировали после семи месяцев хранения.

* автор, ответственный за переписку

Таблица 1

Активность эстераз личинок и имаго колорадского жука и в тканях картофеля (сорт Луговской)

Источник эстераз

Вариант опыта

Активность эстераз, Е/ г сырой массы

Личинки 3-го возраста свежесобранные после замораживания 21.4±1.76 20.1±1.69

Личинки 4-го возраста свежесобранные после замораживания 16.4±1.44 16.0±1.53

Имаго свежесобранные 13.7±1.17

Листья картофеля - 0

Клубни картофеля - 12.65±1.05

Препарат липазы (1 мг/мл) - 65.94±4.17

Препарат эстеразы (1 мг/мл) - 51.02±5.23

Дистиллированная вода (контроль) - 0

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Активность эстераз в клубнях значительно снижалась у одних сортов и практически не изменялась у других. Так, например, у сорта Невский активность эстераз, после хранения, снизилась на 45%, у сортов Башкирский и Луговской - на 25% по сравнению со свежевыкопанными клубнями (рис. 1). Интересно отметить, что эти сорта обладали наибольшей эстеразной активностью, по сравнению с другими исследованными сортами, при этом именно для них показано максимальное снижение активности при хранении. Сорт Удача и гибрид 4281 сохранили активность на прежнем уровне.

Ингибиторы эстераз в тканях картофеля.

Как известно, в клубнях картофеля в больших количествах содержатся белки, подавляющие активность экзогенных протеиназ и амилаз [4]. Для определения активности ингибиторов эстераз проводили совместную инкубацию экстрактов из тканей картофеля и личинок колорадского жука. По остаточной активности эстераз судили о степени ингибирования. В табл. 2 представлены данные об ингибировании эстераз личинок белками из листьев и клубней картофеля сорта Луговской. Как видно, экстракты листьев ингибируют активность эстераз личинок лишь на 3-5%. В клубнях картофеля активность ингибиторов эстераз была достаточна высока и составила 1.01 сырой массы.

Сорт картофеля

Рис. 1. Изменение активности эстераз в клубнях при длительном хранении

Т аблица 2

МЛТГПТлЛ %

Источник ингибиторов Т °С инкубации экстракта Активность ингибиторов эстераз, ИЕ/г сырой массы % ингибирования

25 0.2 2.9

Листья

70 0.2 2.9

25 0 0

Клубни

70 1.01 14.7

* Активность эстераз колорадского жука 6.8±0.65 Е/г сырой массы.

По-видимому, в клубнях картофеля ферменты (эстеразы) и их ингибиторы могут находиться в составе неактивных комплексов. При нагревании происходит разрушение комплекса за счет денатурации молекул термолабильных ферментов. Освобождение термостабильных ингибиторов из состава комплекса приводит к повышению ингибиторной активности экстрактов.

Активность ингибиторов эстераз колорадского жука исследовали также в клубнях и листьях различных сортов и гибридов картофеля (рис. 2). Наибольшая ингибиторная активность показана для гибрида 4407, сорта Удача и гибрида 4292, при этом у данных объектов обнаруживался наиболее низкий уровень активности ферментов. Экстракты листьев также подавляли активность эстераз колорадского жука. Исследуемые образцы значительно различались по этому показателю. Наибольшая ингибиторная активность выявлена в листьях гибридов 4292 и 4407, тогда как в листьях сорта Башкирский такая активность отсутствовала.

В сортах Луговской, Удача, гибриде 4281 активность ингибиторов эстераз клубней значительно превышает таковую в листьях. Интересно отметить, что листья гибрида 4292 полностью подавляют эс-теразную активность колорадского жука, в то время как клубни лишь на 59%.

Как показали проведенные исследования, новые гибридные формы картофеля, по сравнению с широко распространенными сортами, характеризуются значительно большим уровнем активности ингибиторов эстераз колорадского жука. Ранее было показано, что эти формы картофеля проявляют высокую устойчивость к колорадскому жуку, в частности, они характеризуются низкими показателями заселенности и пищевой привлекательности личинками насекомых [11].

Т аким образом, естественная система «эстера-зы колорадского жука - белковые ингибиторы картофеля» является удобной моделью для изучения взаимоотношений насекомых и растений с целью выяснения механизмов проявления устойчивости картофеля к колорадскому жуку.

Башкирский Луговской Невский Удача 4281 4407 4292

Сорт картофеля

Рис. 2. Активность ингибиторов эстераз в клубнях и листьев картофеля

Исследования поддержаны грантом РФФИ-Поволжье № 08-0497015р_поволжье_а Физиологобиохимические и генетические механизмы формирования и проявления устойчивости картофеля к колорадскому жуку.

ЛИТЕРАТУРА

1. Конарев Ал. В. Системы ингибиторов гидролаз у злаков -организация, функции и эволюционная изменчивость // Автореф. дисс. докт. биол. наук. М.: 1992. -38 с.

2. Яруллина Л. Г., Ибрагимов Р. С. Клеточные механизмы формирования устойчивости растений к грибным патогенам. Уфа: Гилем, 2006. -228 с.

3. Ибрагимов Р. И. // Докл. Россельхозакадемии. 1997. № 2. С. 15-17.

4. Мосолов В. В., Валуева Т. А. // Прикл. биох. и микробиол. 2005. Т. 41. №3. С. 261-282.

5. Серебров В В., Алексеев А. А., Глупов В. В. // Изв. РАН. Сер. биол. 2001. Т. 28. №5. С. 588-592

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

6. Prabhakaran S. K., Kamble S. T. // J. Econ. Entomol. 1993. V. 86. P. 1009-1013.

7. Shiotsuki T., Kato Y. // Insect Biochem. Molec. Biol. 1996. V. 29. P. 731-736.

8. Xia Y., Dean P., Judge A. J., Gillespie J. P., Clarkson J. M., Charnley A. K. // J. Insect Pysiol. 2000. V. 46. P. 1249-1257.

9. Серебров В. В., Гербер О. Н., Малярчук А. А., Мартемьянов В. В., Алексеев А. А., Глупов В. В. // Изв. РАН. Сер. биол. 2006. Т. 34. №6. С. 712-718.

10. Шевченко Н. Д., Шпирная И. А., Ибрагимов Р. И. , Умаров И. А. // Материалы Всероссийской конференции молодых ученых «Экология в современном мире». Улан-Удэ, 2007. С. 398-399.

11. Ибрагимов Р. И., Умаров И. А., Шпирная И. А., Мардан-шин И. С. // Пищевая активность колорадского жука на различных сортах картофеля. Сборник Ч. 1 «Вавиловские чтения-2008», СГАУ. С. 136-137.

Поступила в редакцию 01.10.2008 г. После доработки — 07.11.2008 г.