CC BY
56
УДК: 633.11:581.1.03
ГИББЕРЕЛЛИНОПОДОБНАЯ АКТИВНОСТЬ СУММАРНОЙ ФРАКЦИИ ПЕПТИДОВ ПШЕНИЦ В УСЛОВИЯХ СТРЕССА
© Н. В. Терлецкая*, Л. К. Мамонов, Ф. А. Полимбетова,
А. Б. Рысбекова, А. Ж. Бейсенова, М. Камунур
Институт биологии и биотехнологии растений Казахстан, 050040 г. Алматы, ул. Успенского, 52/3.
Тел.: +7 (727) 294 75 62.
Факс: +7 (727) 294 75 62.
E-mail: teni02@mail.ru
Изучалась гиббереллиноподобная активность суммарной фракции пептидов, выделенной из корней и листьев различных видов пшениц, выращиваемых в условиях осмотического и солевого стресса. Показана дозозависимость фракции пептидов, характерная для веществ с гормоноподобными свойствами с переходом от стимулирующей при малых концентрациях препаратов к ингибирующей активности при их увеличении и выявлена тенденция изменения гиббереллинопо-добной активности суммарной фракции пептидов в зависимости от осмоустойчивости изучаемых форм.
Ключевые слова: Пептиды, гиббереллиноподобная активность, пшеница, осмотический стресс, солевой стресс.
Введение
На протяжении онтогенеза растительные организмы подвергаются многочисленным стрессовым воздействиям, важнейшими из которых в Казахстане являются засуха и засоление почв. Большое значение, особенно в начальный период стрессового воздействия, для растений имеют универсальные - неспецифические - защитные механизмы, которые способны значительно снизить повреждающее действие стресс-факторов окружающей среды. Детально изучение естественных механизмов неспецифической устойчивости растений является крайне важным для управления их активно -стью с целью повышения их гомеостатичности и продуктивности [1].
В ответ на стрессовые воздействия в растительной клетке происходит активация различных систем защиты, направленных на поддержание гомеостаза. К таким системам относятся: 1) активация «ферментов стресса»; 2) суперпродукция осмолитов в ответ на индуцированный водный стресс; 3) изменение физико-химических свойств клеточных оболочек; 4) синтез полиаминов; 5) изменение баланса гормонов и гормоноподобных веществ и т.д. Все это - неспецифические реакции клетки в ее ответе на на стресс. [2].
Известно, что многие растительные пептиды могут обладать гормоноподобным и стресс-протекторным действиеми и способны в крайне низких концентрациях с высокой эффективностью регулировать активность метаболических процессов [3-5]. Следовательно, изучение изменения баланса гормонов и гормоноподобных веществ растений в неблагоприятных условиях имеет важное значение, поскольку касается эффективности системы эндогенной регуляции функционирования растительного организма.
Фитогормоны-гиббереллины, а также многие другие соединения вторичного метаболизма, в том
числе и пептиды, обладая сходным фитогормоноподобным действием, способны стимулировать удлинение клеток растяжением, индуцировать митозы, ориентированные вдоль оси органа, и таким образом обеспечивают рост растения в высоту [6]. Как правило, одной из первых визуальных реакций растительного организма на осмотический и солевой стресс является снижение ростовых процессов. Поэтому целью данной работы было изучение изменения гиббереллиноподобной активности суммарной фракции пептидов при осмотическом и солевом стрессах.
Материалы и методы исследований
Материалом для исследований служили виды пшениц: T. polonicum Ь. (АиАиВВ), ^ aethiopicum 1ак^. (А“А“ВВ), Г macha Ь. (А“А“ВВ), Г compactum Ь. (АиАиВВББ), ^ aestivum Ь. (АиАиВВББ) (сорт Саратовская-29).
При создании стрессовых условий за основу были взяты методики под ред. Г.В. Удовенко [7]. Проростки 7 суток выращивали в водной культуре, затем в течение 72 часов подвергали действию стресса. Солевой стресс создавали, экспонируя проростки в растворе 1.68% №С1, а искусственную засуху - в растворе 16.7% сахарозы, эти концентрации наглядно дифференцируют образцы по росту и накоплению биомассы, снижение которых у менее устойчивых сортов доходит до 50%. Контролем служили проростки, выращиваемые на воде.
Препараты пептидов выделялись из корней и листьев изучаемых форм. Выделение суммарных препаратов растительных пептидов проводилось из гомогенизированной сырой массы растений [8]. Средой для выделения служила охлажденная до 20С смесь 96% этилового спирта с 0.5% раствором уксусной кислоты в соотношении 7:2. Полученный гомогенат отжимался, фильтровался и охлаждался. Осадок белка отделялся центрифугированием при 10000 g в течение 15 минут,а надосадочная
* автор, ответственный за переписку
жидкость, содержащая сумму пептидов, пропускалась через колонку с капроновым порошком и выпаривалась на роторном испарителе марки ЬоЪсопсо при температуре 40-45 °С. Количество пептидов определялось по методу Лоури [9]. Гиб-береллиноподобная активность пептидов определялась на гипокотилях проростков салата [10].
Результаты и обсуждение
Исследование суммарных фракций препаратов пептидов выявило, что все изучаемые препараты пептидов обладали гиббереллиноподобной активностью во всех вариантах опыта у всех изучаемых форм пшеницы (табл. 1-3).
В отсутствие стресса гиббереллиноподобная активность пептидов, выделенных из листьев и корней практически не различалась. Наибольшая активность при этом отмечена в экстрактах суммарной фракции пептидов листьев и корней сорта Саратовская-29 и листьев T. compactum (табл. 1).
В условиях осмотического стресса, как следует из данных таблицы 2, гиббереллиноподобная активность пептидов, выделенных из изучаемых форм пшениц, изменялась очень незначительно, несколько повышаясь при минимальной (стимулирующей) концентрации в листьях и корнях чувствительных к засухе форм T. macha и ^ polonicum (табл. 2) и снижаясь как в листьях, так и в корнях засухоустойчивой формы T.aethiopicum, сорта Саратовская-29 и в листьях ^ compactum.
При солевом стрессе наблюдаемая картина менялась. В соответствии с данными, представленными в табл. 3, гиббереллиноподобная активность суммарной фракции пептидов, выделенных из корней всех изучаемых форм пшениц имела тенденцию к снижению. При этом, активность пептидов, выделенных их листьев ^ polonicum, ^ macha и сорта Саратовская-29 несколько возрастала по отношению к активности без стрессового воздействия, а у T.aethiopicum и ^ compactum снижалась.
Таблица 1
Гиббереллиноноподобная активность пептидов, выделенных в отсутствии стресса, в системе биотеста (по приросту гипоко-
тилей проростков салата, см)
Г еномный состав Г енотип Концентрации раствора пептидов
0.0001% 0.001% 0.01%
AuAuBB T. polonicum листья 4.80+0.23 4.10+0.65 3.93±0.08
AuAuBB T. aethiopicum 5.85+0.11 4.30+0.05 4.30±0.11
AuAuBB T. macha 4.85+0.28 4.45+0.17 4.30±0.11
AuAuBBDD T. compactum 6.83+0.10 5.86+0.13 5.00±0.08
AuAuBBDD Саратовская-29 6.06+0.15 4.53+0.49 4.20±0.56
AuAuBB T. polonicum корни 4.30+0.25 4.30+0.12 4.00±0.41
AuAuBB T. aethiopicum 5.80+0.80 4.60+0.21 4.60±0.09
AuAuBB T. macha 5.60+0.14 5.00+0.15 4.30±0.11
AuAuBBDD T. compactum 5.30+0.48 4.50+0.70 4.00±0.24
AuAuBBDD Саратовская-29 6.30+0.61 5.00+0.08 3.30±0.41
Таблица 2
Гиббереллиноподобная активность пептидов, выделенных в условиях осмотического стресса в системе биотеста (по приросту гипокотилей проростков салата, см)
Г еномный состав Г енотип Концентрации раствора пептидов
0.0001% 0.001% 0.01%
AuAuBB T. polonicum листья 5.15+0.86 4.70+0.69 4.10±0.11
AuAuBB T.aethiopicum 5.55+0.28 4.75+0.05 4.55±0.05
AuAuBB T. macha 5.15+0.17 4.55+0.17 4.25±0.06
AuAuBBDD T. compactum 6.53+0.25 5.50+0.23 5.16±0.18
AuAuBBDD Саратовская-29 5.10+0.30 5.03+0.54 4.66±0.18
AuAuBB T. polonicum корни 5.00+0.18 4.30+0.23 4.00±0.11
AuAuBB T.aethiopicum 5.60+0.19 4.80+0.12 4.70±0.18
AuAuBB T. macha 6.00+0.12 5.00+0.28 4.30±0.20
AuAuBBDD T. compactum 5.00+0.90 4.30+0.22 4.30±0.20
AuAuBBDD Саратовская-29 5.20+0.29 4.00+0.23 4.00±0.80
Таблица 3
Гиббереллиноподобная активность пептидов, выделенных в условиях солевого стресса, в системе биотеста (по приросту
гипокотилей проростков салата, см)
Г еномный состав Г енотип Концентрации
0.0001% 0.001% 0.01%
Листья
АиАиВВ T. polonicum 5.26+0,59 4.73+0,13 4.13+0.10
АиАиВВ T.aethiopicum 4.45+0,28 4.40+0,05 4.35+0.00
АиАиВВ T. macha 5.95+0,17 4.85+0,05 4.15+0.17
АиАиВВВЭ T. compactum 5.93+0,15 5.40+0,94 3.20+0.81
АиАиВВВЭ Саратовская-29 6.36+0,54 корни 4.73+0,05 4.50+0.15
АиАиВВ T. polonicum 4.00+0.18 4.00+0.11 3.60+0.23
АиАиВВ T.aethiopicum 5.10+0.05 4.60+0.12 4.50+0.08
АиАиВВ T. macha 5.30+0.10 5.00+0.13 4.60+0.10
АиАиВВВЭ T. compactum 5.00+0.11 4.60+0.15 4.00+0.15
АиАиВВВЭ Саратовская-29 4.30+0.10 4.30+0.45 3.60+0.30
Рис. 1. Изменение гиббереллиноподобной активности пептидов в условиях осмотического стресса, %.
В соответствии с данными таблиц, в эксперименте у изучаемых суммарных препаратов пептидов в целом отмечена дозозависимость, характерная для веществ с гормоноподобными свойствами с переходом от стимулирующей при малых концентрациях препаратов (0.0001%) к ингибирующей активности при их увеличении (0.01%), наблюдаемая практически у всех изучаемых форм пшениц.
Если же рассмотреть изменение гиббереллиноподобной активности суммарной фракции пептидов, полученной в условиях осмотического стресса и засоления в ее стимулирующей концентрации (0.0001%) по отношению к активности пептидов, полученных без воздействия стресса, то нами отмечены закономерности, которые представлены на (рис. 1, 2).
В соответствии с данными, представленными на рис. 1, относительные показатели гиббереллино-подобной активности суммарной фракции пептидов, выделенных как из листьев, так и из корней в условиях осмотического стресса была несколько выше у тетраплоидых пшениц (Г. polonicum, T.aethiopicum, ^ macha), чем у гексаплоидных (Г. compactum, Са-ратовская-29), при этом у тетраплоидных гибберел-линоподобная активность пептидов, выделенных из корней была несколько выше, чем активность пептидов, выделенных из листьев, в то время как у гексаплоидных пшениц наблюдалась обратная зависимость. При этом у засухоустойчивых форм T.aethiopicum и Саратовская-29 относительные показатели гиббереллиноподобной активности при осмотическом стрессе были ниже, чем у чувствительных к засухе форм ^ polonicum и ^ macha.
Рис. 2. Изменение гиббереллиноподобной активности пептидов в условиях солевого стресса, %.
В условиях солевого стресса гиббереллинопо-добная активность суммарной фракции пептидов, выделенных как из листьев, так и из корней изучаемых форм пшениц не зависела от их плоидно-сти. Наибольшей гиббереллиноподобной активностью пептидов, выделенных как из листьев, так и из корней при этом характеризаваласть Т. macha, наименьшей активностью - фракция пептидов из листьев T.aethiopicum и фракция пептидов из корней сорта Саратовская-29. Солевой стресс, в отличие от засухи, несет в себе помимо осмотической, еще и токсическую компоненту, поэтому его действие более сложно. Однако, отмечена тенденция к снижению гиббереллиноподобной активности суммарной фракции пептидов, выделенных из листьев изучаемых форм с повышением их солеустойчиво-сти. Так, у более устойчивой к засолению формы Т. compactum гиббереллиноподобная активность фракции пептидов, выделенных из листьев ниже, чем у менее устойчивых к засолению форм Сара-товская-29, Т. polonicum и Т. macha.
Таким образом, показано, что у фракции суммарных препаратов пептидов, выделенных из листьев и корней изучаемых видов пшениц в системах биотестов, проявлялась дозозависимость, характерная для веществ с гормоноподобными свойствами с переходом от стимулирующей при малых концентрациях препаратов к ингибирующей актив-
ности при их увеличении и выявлена тенденция изменения гиббереллиноподобной активности суммарной фракции пептидов в зависимости от осмоустойчивости изучаемых форм.
ЛИТЕРАТУРА
1. Шакирова Ф. М. Неспецифическая устойчивость растений к стрессовым факторам и ее регуляция. Уфа: Г илем, 2001. 160 с.
2. Серегин И. В., Иванов В. Б. // Физиол. раст. 2001. Т. 48. С. 461-485.
3. Kcripach V., Zhabinskii V., de Groot A. Twenty years of brassinosteroides: steroidal plant hormones warrant better crops for the XXI century Annals. Bot. 2000. V. 86. P. 441-447.
4. Yakovleva L. A., Cheredova E. P., Karavaiko N. N. Cytokinin and cytokinin-binding sites in transgenic potato plants// Plant Growth Reg. 1997. V. 21. Р. 71-73.
5. Пустовойтова Т. Н., Баврина Т. В., Ложникова В. Н., Жданова Н. Е. Использование трансгенных растений для выяснения роли цитокининов в устойчивости к засухе// Докл. АН. 1997. Т. 354. С. 702-704.
6. Кузнецов В. В. Дмитриева Г. А. Физиология растений. М., 2005. 736 с.
7. Диагностика устойчивости растений к стрессовым воздействиям: Методич. Руководство / Под ред. Г. В. Удовенко. Л.: ВИР, 1988. 268 с.
8. Биохимические механизмы интоксикации растений при засолении среды. Алматы. 1980. 172 с.
9. Lowry O. N., Rosenbrough N. J., Farr A. L., Randall R. J. Protein measurement with Folin phenolreagent // J. Biol. Chem. V. 193, № 1. 1951. Р. 265-275.
10. Введение в фитохимические исследования и выявление биологической активности веществ растений. Под ред. Л. К. Мамонова и Р. А. Музычкиной. Алматы, 2008. 216 с.
Поступила в редакцию 28.07.2011 г.
