CC BY
102
УДК 577.15.158
Л. Г. Долгова Днепропетровский национальный университет
АКТИВНОСТЬ ПЕРОКСИДАЗЫ - ПОКАЗАТЕЛЬ УСТОЙЧИВОСТИ РАСТЕНИЙ-ИНТРОДУЦЕНТОВ В УСЛОВИЯХ СТЕПНОЙ ЗОНЫ УКРАИНЫ
Наведено дат про акггнвшстъ пер оксидами в листках 8 пид1в садових жасм»шв, як1 ■нтродуковаш з р)зних флорнстнчннх областей у степиву зону Укрз'ши. Пероксндяза - показннк тйкосп та захисно! реаким рослии, яга необхщно враховувати мрс внкористанш матер1алу для ¡нтродукиг'г.
При интродукции существенную роль играют биохимические исследования механизмов адаптации и устойчивости растений в новых для них эколог ических условиях, а также для биохимической оценки ценности интродуцируемого материала.
При переносе растений из других флористических областей в степную зону Украины большое значение имеет устойчивость их к низким температурам, поэтому зимостойкость растений рассматривается как один из показателей интродукци-онной способности растений,
.Адаптация растений к низким температурам сопровождается изменениями в синтетической и гидролитической активности энзиматических систем, которые обеспечиваю! тонкую регуляцию процессов обмена. Многие реакции, включая гидролиз, дегидрирование, окисление и разложение Н20? ускоряются при понижении температуры.
Оптимальный уровень окислительно-восстановительных процессов в зимний период обусловливают фенолоксидазы, которые входят в имеющуюся в растениях физиологическую антиоксидантную систему. В ее составе имеются пероксидазы [2], обладающие не только пе р ок с ид азным и. но и оксидазнъши свойствами и гонко реагирующие на любые воздействия [12].
Пероксидаза (КФ 1.11.1.7, оксидоредуктаза) - фермент широко распространенный в растениях. Пероксидаза - гемсодержащий фермент, образующий изо-формы [22]. Их биосинтез осуществляется в несколько этапов: сначала в митохондриях образуется тем, а затем - на гранулярной эндоплазматической сети - апопро-те и новая часть молекулы, после чего в аппарате Гольджи к молекуле фермента присоединяется простетическая группа, выполняющая гликозидную роль. Очень консервативная область молекулы пероксидазы между 34-м и 58-м аминокислотными остатками осуществляет функции: присоединение гема, каталитическое взаимодействие с Н202. Изоферменты пероксидазы после своего образования перемещаются из цитоплазмы в межцитопллзматическое пространство, поэтому пероксидазы являются секретируемыми ферментами [18].
Пероксидаза является неспецифическим универсальным ферментом с широким спектром действия. Она участвует п окислительно-восстановительных реакциях фотосинтеза [18], в процессах дыхания [17], метаболизме белков и регулировании ростовых процессов [2; 18; 22], детоксикации перекиси водорода, катаболизме ■фенольных соединений [20], в образовании супероксидиого радикала 02~, в разрушении высокоактивного радикала ОН' в реакциях с ! Ь02 [11. Фермент может уча-
Долгова Л. Г., 2004
ствовать в образовании механизмов фитоиммунитета [3], в лигиификации клеточных стенок [20]; отдельные молекулярные формы пероксидаз выполняют нитрат-редуцирующую функцию [11 ; 13].
На активность пероксидаз оказывают влияние абиотические и биотические факторы. Так. под влиянием высоких доз мочевины, которая накапливается при охлаждении в клетках и обладает криопротекторным действием [6], активность пе-роксидазы повышается и обеспечивает нормальные метаболические процессы в растениях при стрессовых ситуациях [21].
Активирование пероксидазы происходит под влиянием инфекций, что является характерной биохимической реакцией, по которой судят об устойчивости растений [4; 10: 16].
Пероксидаза - фермент термостабильный [21]. Отмечено, что у растений, устойчивых к низким температурам, активность пероксидазы повышается, а у менее -зимостойких остается без изменений, либо уменьшается. Некоторые авторы [8; 9] предлагают использовать пероксидазы как маркер зимостойкости растений.
Изложенное выше указывает на значительную функциональную роль пероксидазы в жизнедеятельности растений7часто в экстремальных условиях, что дало основание назвать этот фермент «аварийным» [23] и признать актуальным исследование его активности у растений при адаптации их в новых экологических условиях.
Целью нашей работы было изучение активности пероксидазы в листьях растений, интродуцированных в степную зону из разных флористических областей.
Материалы и методы
Объектами исследования были представители р. Philadelphias L., относящегося к сем. Saxifragaceae Juss. - камнеломковых [5], находящиеся в коллекции ботанического сада ДНУ. Представители р. Philadelphias L.-чубушники - являются листопадными кустарниками высотой 2-4 м с белыми или бело-кремовыми цветами; чубушники были интродуцированы из разных областей: Ph. coronarius L. (Южная Европа), Ph. schrenkii Rupr. Et Maxim. (Дальний Восток), Ph. magdalenae Koechn. (Центральный Китай), Ph. satsumanus Miq. (Япония), Ph. californiens Benth. и Pli. mexicanus Schlecht (Тихоокеанская и Континентальная климатические зоны Сев. Америки), Ph. grandiflorus Willd. и Ph. latifolius Schrad. (Атлантическая и Континен-талъно-Атлантическая климатические области Сев. Америки).
Определение продолжительности фаз роста и развития проводили по общепринятой методике [24]. активность пероксидазы определяли по методу, описанному X. Н. Починок [15]. обработка материала по стандартным методам математической статистики [7].
Результаты и их обсуждение
При интродукции растений в процессе их адаптации к новым экологическим условиям в них происходят изменения в процессах метаболизма, что в первую очередь отражается на активности пероксидазы в листьях в фазах активного роста, вторичного роста и вызревания побегов, физиологического покоя. Повышение активности фермента мы рассматриваем как индикатор стрессового состояния расте-ний-интродуцентов. Из исследованных нами видов чубушников менее адаптированными к условиям степной зоны являются растения, естественными ареалами которых являются Япония (Ph. satsumanus), Атлантическая Климатическая область Сев. Америки - от Пенсильвании до Виргинии и от Теннесси до Флориды (Ph. grandiflorus). Дальний Восток (Ph. schrenkii) - районы с относительно влажным и
теплым климатом, выходцев из которых мы рассматриваем как наименее приспособленных к условиям степной зоны Украины с ее низкими температурами в осенне-зимний период.
Повышение активности пероксидазы - это показатель защитной функции организма. Основываясь на данных об активности этого фермента, устойчивыми к условиям нашего региона следует признать те виды, естественными ареалами которых являются Китай (РЬ. та££1а!епае), Континентальная климатическая зона Сее. Америки (РЬ. техюагшз).
Анализ полученных данных (табл.) показывает, что динамика активности фермента е листьях изменяется в фазах роста и развития растений. Наиболее высокая активность процессов, катализируемых пероксидазой, отмечена у всех исследованных видов в фазе активного роста, когда уровень метаболических процессов наиболее высокий. В фазе вторичного роста и вызревания побегов активность пероксидазы снижалась и достигала минимальных значений в фазе физиологического покоя.
Таблица
Активность пероксидазы в листьях растений-интродуцентов р. Р1н'1ас!е1р1п15 Ь. в фазах роста и развития (в мкг/моль гваякол», окисленного за I мин, 1 г листьев)
Наименование Фазы роста и развития растении
Физиологический покой
растений Активный рое! Вторичный рост
I РЬ. соголагнк 47,9*0,59 41,0*0,22 14,2*0,27
РЬ. ¿сЬгепкн 98,9*1,14 67,7=0,45 27,1*0,40
РЬ. та^йакпае 61,0*0,58 26,0+0,09 )5,9±0,5)
¡_ Р 1г. Ш5итагш5 110,9*2,60 123.1*1,52 32,7*0,34
1 РЬ. 1ап<Ышз 97,3*0,90 64,9*0,83 22,6*0,63
1 РЬ. £гаг;сНЯош5 95,6*0,76 58,7*0,54 38,5*0, Л
РЬ. саНймтсиб 52,5*0,59 42,4x0,50 7,55*0,04
| Рп. те.мсапиБ 20,9*0,13 13,6*0,36 23,7+0,40
Температура и влажность - важнейшие факторы, ограничивающие произрастание растений в определенных эколого-климатиче'ских зонах. Устойчивость растений к действию экстремальных для данного вида условий генетически детерминирована [14], по при изменении экологических условий у растений изменяется напряженность биохимических процессов, в первую очередь тех, которые катализируются «аварийным» ферментом - пероксидазой.
Таким образом, полученные результаты об активности пероксидазы мы рассматриваем как показатель защитных реакций растений, данные об активности которой необходимо учитывать при использовании ингродукционного материала.
В основе биологической находится биохимическая адаптация, которая активно проявляется тогда, когда у растений нет других способов избежать дестабилизации ранее сложившихся в них процессов метаболизма.
Библиографическое ссылки
1. Аверьянов А, А. Активные формы кислорода и иммунитет растений И Усп. с-овр. биол. -1991.-Т.] 11, вып. 5.-С. 722-735.
2. Андреева В. А. Фермент пероксидаза. - М., 1988. - 130 с.
3- Бзрабой В. А. Биологическое действие растительных фенольных соединений. - К., 1976.-260 с.
4. Граскова И. А., Владимирова С. В., Рихванов Е. Г., Войников В. К. Зависимость активности пероксидазы клеток картофеля при патогенезе кольцевой гнили от вирулентности штаммов бактерий и снижение устойчивости растений // Физиол. и биохим. культ, растений. - 2003. - Т. 35, № 1. - С. 35-42.
Деревья и кустарники, культивируемые в Украинской ССР. Покрытосеменные,' Под ред. Н.А. Кохно. - К., 1986. - С. 718.
6 Дузу П. Криобиохимия. - М., 1980. ~ С. 240.
Зайцев Г. Н. Математика в экспериментальной ботанике. - М., 1990. С. 12-15.
5. Капустин А. В. Фермент пероксидаза - ужверсальний маркер зимостшкосп рослин /У IfiTpojyxizif! рослнн. -2000. -№!.-с. } 52-154.
9. Капустин А. В., Кучеренко В. Л., Мускнко М. М. Вплив низькотемпературного стре-су на активность пероксидази проростюв пшениш // Вюиик КиТв. нац. ушвер. ím. Тараса Шевченка. Бюлопя. - 1999. - Вип. 29. - С. 43^5.
10. Мельнячук М. Д., Дьпчкова О. О., Смирнова С. О., Олексченгсо I. .Л. Змши активности пероксидази, каталази i пол^фенолоксидази перщо та тютюну, шфжованих в ¿русом тютюново'1 мозаУки // Физиол. и биохим. культ, растений. - 2003. - Т. 35, № 1. -С. 43—47.
11. Овчаренко Г. А., Иванова М. М., Худякова Г. М. Взаимодействие нитратредуктазы, выделенной из листьев горчицы, с пероксидазой // Физиол. растений- 1985.— Т. 32, вып. 5. - С. 922-^926.
12. Олейникова Т. М., Волкова А. М., Путина Р. Н. Действие высокий температуры на изоферментный состав и активность изозимов пероксидазы листьев пшеницы И Физиол. и биохим. культ, растений,- Í979.-T. 11,№2,-С. 113-117.
13. Пейве Я. В., Инанова Н. Н., Дробышсва Н. Й. Нитратвосстанавливающая активность растительной пероксидазы // Физиол. растений. - 1972. - Т. 19, вып. 2. - 340 с.
14. Петрова О. В., Колоша О. И.. Мишусгнна П. С., Сухарева И. В. Множественность форм ферментов и ее модификация у озимой пшеницы в период ее адаптации к низким температурам II Физиол. и биохим. культ, растений. - 1985. - Т. 17, № 4. - С. 361-365.
15. Починок X. Н. Методы биохимического анализа растений. - К., 1976. - 234 с.
16. Рубин Б. А., Ладыгина М. £., Аксенова В. А. Биохимические механизмы иммунитета растений // Фушш. биохимия клеточных структур. - М., 1970. - С. 349.
17. Рубин Б. А., Ладыгина М. Е. Физиология и биохимия дыхания растений. - М.. 1974. -51 i е.
18. Савич И. М. Пероксидазы - стрессовые белки растений // Усп. совр. биол. - 1989. -Т. 107. выи. 3 -С. 406-417.
19. Савич И. М., Тажибасва Т. Л., Ашмгазинова Б. Ш. Действие детергентов и мочевины на пероксидазы пшеницы, кукурузы и сахарной свеклы // Физиол. растений. - 1988. -Т. 35, №2.-С. 361-368.
20. Садвакасова Г. Г., Кунаева Р. М. Некоторые физико-химические и физиологические свойства пероксидазы растений // Физиол. и биохим. культ, растений. - 19S7. - Т. 19, №2.-С. 107-119.
21. Сарсеибаев К. Н., Полимбетова Ф. А. Роль ферментов в устойчивости растений. -Алма-Ата, 1986.-245 с.
22. Титов А. Ф. Изопероксидазы растений // Успехи совр. биол. - 1975.—Т. 80, вып. 1 (4). -С. 102.
23. Титов А. Ф. Полиморфизм ферментных систем и устойчивость растений к экстремальным низким температурам // Успехи совр. биол. - 1978. - Т. 55. вып. 1. - С. 63.
24. Юркевич И. Д., Глод Д. С., Ярошевич Э. П. Фенологические исследования древесных и травянистых растений. - Минск, 1980. - 88 с.
НадШша доредколегп ¡9.01.04
