CC BY
37
Вісник Дніпропетровського університету. Біологія. Екологія. - 2010. - Вип. 18, т. 1. - С. 37-41. Visnyk ofDnipropetrovsk University. Biology. Ecology. - 2010. - Vol. 18, N 1. - P. 37-41.
УДК 581. 02:581.9.9:712.42
Г. А. Заїко, Ю. В. Лихолат
Дніпропетровський національний університет ім. Олеся Гончара
ФІЗІОЛОГІЧНІ ОСОБЛИВОСТІ СТІЙКОСТІ ОСНОВНИХ ПРЕДСТАВНИКІВ КВІТУЧИХ ГАЗОНІВ НА ТЕРИТОРІЇ БОТАНІЧНОГО САДУ ДНУ ім. ОЛЕСЯ ГОНЧАРА
Досліджено активність ферментів антиоксидантного комплексу представників Грунтопокривних рослин, що використовуються для створення квітучих газонів на різних стадіях їх розвитку. Проаналізовано 26 видів рослин за показниками активності каталази, пероксидази, поліфенолоксидази. Один з основних критеріїв стійкості рослин - рівень прооксидантно-антиоксидантних метаболічних процесів. Установлено особливості активності ферментів антиоксидантного комплексу досліджуваних рослин. Рекомендовано стійкі до несприятливих умов навколишнього середовища види рослин для створення квітучих газонів.
А. А. Заико, Ю. В. Лихолат
Днепропетровский национальный университет им. Олеся Гончара
ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ УСТОЙЧИВОСТИ ОСНОВНЫХ ПРЕДСТАВИТЕЛЕЙ ЦВЕТУЩИХ ГАЗОНОВ НА ТЕРРИТОРИИ БОТАНИЧЕСКОГО САдА ДНУ им. ОЛЕСЯ ГОНЧАРА
Исследована активность ферментов антиоксидантного комплекса основных представителей почвопокровных растений, которые используются для создания цветущих газонов на разных стадиях их развития. Проанализировано 26 видов растений по показателям активности каталазы, перок-сидазы, полифенолоксидазы. Один из основных критериев устойчивости растений - уровень проок-сидантно-антиоксидантных метаболических процессов. Установлены особенности активности ферментов антиоксидантного комплекса исследуемых растений. Рекомендованы стойкие к неблагоприятным условиям окружающей среды виды растений для создания цветущих газонов.
G. A. Zajiko, J. V. Lykholat
Oles’ Honchar Dnipropetrovsk National University
PHYSIOLOGICAL FEATURES OF THE BASIC SPECIES STABILITY OF BLOSSOMING LAWNS IN THE BOTANICAL GARDEN OF OLES’ HONCHAR DNIPROPETROVSK NATIONAL UNIVERSITY
The research of antioxidative enzymes activity of the basic representatives of groundcover plants used for the blossoming lawns design at various stages of their development was carried out. Activity of cata-lase, peroxydase and polyphenoloxydase was analysed in 26 plant species. It is determined, that one of the basic criteria of plants stability is the level of prooxidative and antioxidative metabolic processes. The features of the enzymes activity of antioxidative complex in studied plants are established. The plants species resistant to adverse conditions are recommended for making the blossoming lawns.
© Г. А. Заїко, Ю. В. Лихолат, 2010
Вступ
Головним компонентом озеленення промислових міст, підприємств, а також фітодизайну інтер’єрів різного призначення (житлових, промислових, навчальних приміщень) повинні стати газонотвірні трави [2]. Використання для створення газонів ґрунтопокривних квітучих рослин набуває значного поширення, але підібрати необхідний асортимент, не враховуючи специфіки зростання цих рослин у призначеній для озеленення зоні, неможливо [3]. Саме завдяки вміло підібраному та різноманітному асортименту декоративних рослин формується висока художня виразність оздоблення ділянок, які озеленюються, їх життєстверджувальна краса та ступінь позитивного емоційного впливу на людину [10]. Підбір рослин для цієї мети здійснюється на основі їх ферментативної активності. Синтезуються ферменти у будь-якій живій клітині та можуть проявляти активність поза нею. Дія ферментів вузько специфічна, тобто кожен фермент каталізує одну чи декілька близьких хімічних реакцій. Ферменти мають високу активність. Деякі ферментативні процеси зворотні, тобто залежно від умов одні й ті самі ферменти можуть прискорювати як процес розпаду, так і процес синтезу речовини [1; 11; 12].
Враховуючи, що в доступній літературі [8] проблемі всебічного вивчення фізіолого-біохімічних показників квітучих рослин і використання їх в озелененні приділяється незначна увага, мета нашої роботи - оцінити активність ферментів антиоксидантного комплексу основних представників ґрунтопокривних рослин, виділити найперспективніші квітково-декоративні види для створення квітучого газону.
Матеріал і методи досліджень
Об’єкти досліджень - рослини Acinos alpinus (L.) Moench, Ajuga reptans L., Alys-sum montanum L., Asarum europaeum L., Cerastium biebersteinii DC., Dianthus plumarius L., Duchesnea indica (Andr.) Focke, Euphorbia cyparissias L., Galeobdolon luteum Huds., Glechoma hederacea L., Hypericum olimpicum L., Lysimachia nummularia L., Nepeta mussinii Spreng., Pachysandra terminalis Sieb. et Zucc., Phlox subulata L., Polygonum affine G. Doh, Scutellaria alpina L., Sedum acre L., S. album L., S. cauticolum Praeger,
S. kamtschaticum Fisch., S. spurium Bieb., Stachys byzantina C. Koch, Stellaria holostea L., Vinca minor L., Viola alba Bess., що зростали на території ботанічного саду ДНУ ім. Олеся Гончара. Розташований фактично в центрі промислового міста, ботанічний сад зазнає впливу органічних і неорганічних полютантів. У зв’язку з цим при проведенні інтродукційної роботи нам доводиться враховувати стійкість рослин до умов навколишнього середовища, одним із показників якої є рівень прооксидантно-антиоксидантних метаболічних процесів.
Визначення активності пероксидази проводили за Бояркіним [4; 9]. Пероксидаза має дві функції: власне пероксидазну та оксидазну. При виконанні пероксидазної функції цей фермент каталізує реакцію окислення різних субстратів певної хімічної природи, перекис водню виконує роль окисника. Реакція окислення йде за такою схемою: АН2 + Н2О2 ^ А + 2Н2О, де АН2 - донор водню, А - окислений донор.
Метод визначення активності ферменту, запропонований Бояркіним, ґрунтується на визначенні швидкості окислення бензидину під дією ферменту, що міститься в рослинах, до утворення продукту окислення синього кольору певної концентрації, що заздалегідь встановлюється на ФЕК.
Каталаза - оксидоредуктаза, що діє на перекис водню як акцептор за схемою: 2Н2О2 —— О2 + 2Н2О. Визначення активності каталази ґрунтується на урахуванні
кількості перекису водню, що розклався під дією ферменту шляхом титрування перманганатом калію [7].
Визначення активності поліфенолоксидази базується на вимірюванні активності ферменту за швидкістю окислення парафенілендіаміну з утворенням сполук фіолетового кольору певної концентрації. Визначення активності поліфенолоксидази проводилося за Бояркіним [4].
Результати та їх обговорення
У рослин, що зростають в умовах міського середовища, виникають зміни фізико-хімічних властивостей протоплазми, що призводить до посилення вільнорадикальних процесів. У цих умовах відбувається порушення рівноваги про- та антиоксидантів у клітині [б]. За дії промислових забруднювачів на рослини в останніх проявляються неспецифічні реакції внаслідок змін активності ферментів антиоксидантного захисту. Дослідження, проведені на території вулиць міста, показали, що у рослин в умовах хронічного забруднення значно підвищується інтенсивність вільнорадикальних процесів. Про це свідчить суттєве зростання рівня прооксидантно-антиоксидантних метаболічних процесів у квітково-декоративних видів, які використовуються для створення квітучого газону. При дослідженні активності каталази досліджених об’єктів виявлено підвищену активність даного ферменту в осінній період (табл.).
Таблиця
Відмінності між активністю пероксидази, каталази та поліфенолоксидази декоративно квітучих рослин восени 2007 р. і навесні 2008 р.
Вид рослин Пероксидаза, X ± m Каталаза, X ±m Поліфенолоксидаза, X ±m
2007 р., осінь 2008 р., весна 2007р., осінь 2008 р., весна 2007р., осінь 2008 р., весна
Acinos alpinus 0,208 ± 0,0024 0,118 ± 0,0024 0,191 ± 0,0079 0,101 ± 0,0037 0,255 ± 0,0024 0,108 ± 0,0037
Ajuga reptans 0,081 ± 0,0037 0,043 ± 0,0037 0,312 ± 0,00б5 0,157 ± 0,0014 0,0б8 ± 0,0037 0,020 ± 0,0037
Alyssum montanum 0,304 ± 0,0079 0,147 ± 0,00б2 0,551 ± 0,0037 0,210 ± 0,0024 0,902 ± 0,00б5 0,313 ± 0,0037
Asarum europaeum 0,27б ± 0,0050 0,159 ± 0,0037 0,428 ± 0,0037 0,202 ± 0,0037 0,0б8 ± 0,0014 0,025 ± 0,0037
Cerastium biebersteinii 0,1б8 ± 0,0240 0,108 ± 0,0024 0,209 ± 0,0024 0,094 ± 0,0037 0,8б8 ± 0,0037 0,298 ± 0,0049
Dianthus plumarius 0,438 ± 0,0037 0,152 ± 0,0049 0,115 ± 0,0051 0,079 ± 0,0037 0,0бб ± 0,0051 0,030 ± 0,0037
Duchesnea indica 0,115 ± 0,0037 0,083 ± 0,0087 0,93б ± 0,0049 0,25б ± 0,0037 0,052 ± 0,0079 0,022 ± 0,0075
Euphorbia cyparissias 0,15б ± 0,0037 0,094 ± 0,0037 0,774 ± 0,0037 0,243 ± 0,00б5 0,08б ± 0,0024 0,039 ± 0,0018
Galeobdolon luteum 0,040 ± 0,0028 0,01б ± 0,0014 0,451 ± 0,0037 0,200 ± 0,0024 0,102 ± 0,0051 0,040 ± 0,0014
Glechoma hederacea 0,120 ± 0,0020 0,070 ± 0,0010 0,544 ± 0,0028 0,172 ± 0,0049 0,187 ± 0,0014 0,098 ± 0,0012
Hypericum olimpicum 0,089 ± 0,0037 0,040 ± 0,0037 0,577 ± 0,0037 0,181 ± 0,0051 0,0б7 ± 0,0014 0,027 ± 0,0037
Lysimachia nummularia 0,057 ± 0,0027 0,021 ± 0,0014 0,254 ± 0,0037 0,10б ± 0,0037 0,035 ± 0,0024 0,014 ± 0,0014
Nepeta mussinii 0,349 ± 0,0037 0,137 ± 0,0037 0,4б5 ± 0,0037 0,215 ± 0,0028 0,081 ± 0,0037 0,038 ± 0,0043
Pachysandra terminalis 0,592 ± 0,0049 0,318 ± 0,0037 0,б98 ± 0,0037 0,201 ± 0,024 0,110 ± 0,0037 0,054 ± 0,0014
Phlox subulata 0,201 ± 0,0024 0,104 ± 0,0014 0,335 ± 0,0051 0,134 ± 0,0079 0,051 ± 0,0014 0,021 ± 0,0051
Polygonum affine 0,031 ± 0,0010 0,014 ± 0,0020 0,139 ± 0,0024 0,097 ± 0,0051 0,08б ± 0,00б5 0,033 ± 0,00б5
Scutellaria alpim 0,075 ± 0,0024 0,042 ± 0,0024 0,299 ± 0,0024 0,149 ± 0,0049 0,0бб ± 0,0031 0,027 ± 0,0037
Sedum acre 0,031 ± 0,0037 0,012 ± 0,0014 0,145 ± 0,0051 0,085 ± 0,0037 0,052 ± 0,0037 0,023 ± 0,0014
S. album 0,145 ± 0,0024 0,091 ± 0,0024 0,28б ± 0,0057 0,134 ± 0,0037 0,0б5 ± 0,0024 0,025 ± 0,0037
S. саuticolum 0,024 ± 0,0028 0,087 ± 0,0037 0,02б ± 0,0014 0,013 ± 0,0037 0,02б ± 0,0014 0,013 ± 0,0021
S. kamtschaticum 0,157 ± 0,0028 0,087 ± 0,0037 0,080 ± 0,0051 0,049 ± 0,0037 0,0б8 ± 0,0028 0,031 ± 0,0024
S. spurium 0,045 ± 0,0024 0,014 ± 0,0014 0,093 ± 0,0037 0,053 ± 0,0010 0,051 ± 0,0031 0,022 ± 0,0031
Stachys byzantina 0,178 ± 0,0014 0,107 ± 0,0037 0,245 ± 0,0051 0,127 ± 0,0037 0,0б8 ± 0,0024 0,031 ± 0,0032
Stellaria holostea 0,348 ± 0,0037 0,191 ± 0,0043 0,321 ± 0,0029 0,151 ± 0,0037 0,782 ± 0,0075 0,224 ± 0,0037
Vinca minor 0,819 ± 0,0037 0,202 ± 0,0037 0,320 ± 0,0014 0,133 ± 0,0014 0,085 ± 0,0037 0,033 ± 0,0047
Viola alba 0,177 ± 0,0037 0,115 ± 0,0049 0,131 ± 0,0051 0,091 ± 0,0037 0,08б ± 0,0051 0,042 ± 0,00б2
Одна з причин цього явища - підвищений вміст шкідливих речовин у листках рослин наприкінці періоду вегетації [5]. Аналогічна особливість відмічалася для активності пероксидази в усіх досліджених об’єктах незалежно від періоду року (див. табл.). Підвищений рівень активності ензиму підтверджує той факт [1], що джерелом активного кисню за каталітичної дії пероксидази можуть слугувати як перекис водню, так і органічні перекиси, у тому числі перекиси ненасичених жирних кислот і каротину. До субстрату, що окислюється пероксидазою за присутності перекису водню, можна віднести більшість фенолів та фенольних кислот.
Для того, щоб стримувати вищий рівень пероксидації, необхідна потужніша система захисту. При цьому стійкі до несприятливих факторів рослини мають вищі рівні антиоксидантів, тобто ефективнішу систему захисту, яка попереджає окислювальну деструкцію та забезпечує структурну та функціональну стабільність клітинних мембран [8]. У зв’язку з цим показники активності поліфенолоксидази (див. табл.) для всіх досліджених видів рослин у весняному періоді значно нижчі порівняно з показниками активності поліфенолоксидази восени.
На основі проведених досліджень активності ферментів антиоксидантного комплексу, які гальмують реакцію супероксидатзалежної пероксидації ліпідів шляхом дисмутації вільних радикалів, що формуються в результаті вільнорадикальних реакцій, дані ензими, виявляючи антиоксидантні властивості, запобігають появі первинних продуктів перекисного окислення ліпідів (ПОЛ) і завдяки цьому сповільнюють вільно-радикальні процеси на певному рівні.
Встановлені особливості зміни активності антиоксидантних ферментів дають можливість стверджувати доцільність визначення їх активності при відборі стійкого асортименту рослин для озеленення міських територій.
Висновки
Для всіх досліджених квітково-декоративних видів існують відмінності між рівнем активності каталази, пероксидази та поліфенолоксидази, причому рівень їх активності значно вищий восени. У цей період у досліджених рослин значно зростає інтенсивність вільнорадикальних процесів. Види, які відзначалися вищою активністю антиоксидантних ензимів, можна вважати стійкішими: Alyssum montanum, Cerastium biebersteinii, Glechoma hederacea, Stellaria holostea, Vinca minor - найперспективніші квітково-декоративні види для створення квітучого газону.
Бібліографічні посилання
1. Кретович В. Л. Введение в энзимологию. - М. : Наука, 1974. - 322 с.
2. Малораспространенные почвопокровные растения в условиях Днепропетровского ботанического сада I Н. В. Мартынова, Ю. В. Лихолат, В. Ф. Опанасенко, А. В. Свинцицкая II Интродукция нетрадиционных и редких растений. Матер. VIII научно-практ. конф. - Мичуринск : Наукоград, 2008. - Т. 2. - С. 74-77.
3. Мартынова Н. В. Адаптация почвопокровних растений в антропогенних условиях I Н. В. Мартынова, Ю. В. Лихолат II Інтродукція, селекція та захист рослин. Матер. її Міжнар. наук. конф. - Донецьк, 2009. - Т. 2. - С. 83-8б.
4. Методы биохимического исследования растений I Под ред. А. И. Ермакова. - 3-е изд. - Л. : Агропромиздат, 1987. - 430 с.
5. Мусієнко М. М. Фізіологія рослин. - 2-е вид. - К. : Либідь, 2005. - 80S с.
6. Перекисное окисление липидов и антиоксидантная система защиты в хлоропластах гороха при тепловом шоке I Л. Н. Курганова, А. П. Веселов, Т. А. Гончарова и др. II Физиология растений. - 1997. - Т. 44, № 5. - С. 725-730.
7. Плешков Б. П. Практикум по биохимии растений. - М. : Колос, 19б8. - 183 с.
8. Прооксидантна реакція рослин гібриду кукурудзи кадр 2б7 МВ на сумісну дію гербіцидів та ґрунтової посухи I Г. С. Россихіна, О. М. Вінниченко, Ю. В. Лихолат та ін. II Наук. вісн. Нац. аграрн. ун-ту. - 2008. - Вип. 125. - С. 21-28.
9. Хромих Н. О. Еколого-фізіологічні аспекти гербіцидної дії на амброзію полинолисту (Ambrosia artemisiifolia L.) в умовах степового Придніпров’я II Автореф. дис. ... канд. біол. наук. - Д. : ДНУ, 2008. - 24 с.
10. Цветочно-декоративные растения для озеленения промышленных центров степной зоны Украины I Ю. В. Лихолат, Т. В. Мовчан, К. А. Дрожа и др. II Ботанические сады в XXI веке: сохранение биоразнообразия, стратегия развития и инновационные решения. Матер. научно-практ. конф., посвящ. 10-летию ботанического сада Белгородского гос. ун-та. - Белгород, 2009. - С. 2б5-2б7.
11. Activities of starch hydrolytic enzymes and sucrosephosphate synthase in the stem of rice subjected of water stress during grain filling I J. Yang, J. Zhang, Z. Wang, Q. Zhu II J. Exp. Bot. - 2001. -Vol. 52, N 3б4. - P. 21б9-2179.
12. Zayed M. A. Effects of water and salt stressed on growth, chlorophyll, mineralions and organic solutes content and enzymes activity in mung bean seedling I M. A. Zayed, I. M. Zeid II Biol. Plant. -1997. - Vol. 40, N 3. - P. 351-35б.
Надійшла до редколегії 11.03.2010
