Научная статья на тему 'Иммуностимулирующий эффект препаратов-биорегуляторов при обработке клубней картофеля'

Иммуностимулирующий эффект препаратов-биорегуляторов при обработке клубней картофеля Текст научной статьи по специальности «Агробиотехнологии»

CC BY
265
64
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
КАРТОФЕЛЬ / ИНГИБИТОРЫ ФЕРМЕНТОВ / ПРОТЕОЛИТИЧЕСКИЕ ФЕРМЕНТЫ / ПРЕПАРАТЫ-БИОРЕГУЛЯТОРЫ / УСТОЙЧИВОСТЬ РАСТЕНИЙ / POTATO / ENZYMES INHIBITORS / PROTEOLYTIC ENZYMES / BIOREGULATING DRUGS / PLANT RESISTANCE

Аннотация научной статьи по агробиотехнологии, автор научной работы — Шпирная Ирина Андреевна, Ахатова Альбина Рашитовна, Цветков Вячеслав Олегович, Яруллина Лилия Маратовна, Артемьева Мария Андреевна

В данной статье приведены результаты исследований действия препаратов-биорегуляторов на активность ингибиторов протеолитических ферментов в клубнях картофеля. Показано, что многократная обработка препаратами оказывает иммуностимулирующее воздействие.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по агробиотехнологии , автор научной работы — Шпирная Ирина Андреевна, Ахатова Альбина Рашитовна, Цветков Вячеслав Олегович, Яруллина Лилия Маратовна, Артемьева Мария Андреевна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

IMMUNOSTIMULATING EFFECT OF BIOREGULATING DRUGS AT PROCESSING OF POTATO TUBERS

In this article described a results of researches of bioregulating drugs effect on activity of proteolytic enzumes inhibitors on potato tubers. It’s shown, that multiple drugs processing has an immunostimuling effect.

Текст научной работы на тему «Иммуностимулирующий эффект препаратов-биорегуляторов при обработке клубней картофеля»

УДК 577.15: 631.524

ИММУНОСТИМУЛИРУЮЩИЙ ЭФФЕКТ ПРЕПАРАТОВ-БИОРЕГУЛЯТОРОВ ПРИ ОБРАБОТКЕ КЛУБНЕЙ КАРТОФЕЛЯ

О 2011 И.А. Шпирная1, А.Р. Ахатова1, В.О. Цветков1, Л.М. Яруллина1, М.А. Артемьева2,

Р.И. Ибрагимов1

1 ГО У ВПО «Башкирский государственный университет», г. Уфа 2Филиал Московского государственного университета технологий и управления

Поступила 13.07.2011

В данной статье приведены результаты исследований действия препаратов-биорегуляторов на активность ингибиторов протеолитических ферментов в клубнях картофеля. Показано, что многократная обработка препаратами оказывает иммуностимулирующее воздействие.

Ключевые слова: картофель, ингибиторы ферментов, протеолитические ферменты, препараты-биорегуляторы, устойчивость растений.

Органическое или экологическое земледелие относится к новым перспективным формам сельского хозяйства, при котором приоритетным является сохранение природных ресурсов и естественных связей в биоценозах. Актуальной задачей является использование биологических и экологически безопасных средств, способствующих увеличению урожая и повышению устойчивости растений к различным неблагоприятным факторам среды.

В настоящее время использование различных препаратов-биорегуляторов относится к перспективному направлению биологической защиты растений [4, 14]. Иммуно- и ростстимулирующее действие таких препаратов обусловлено сбалансированным комплексом природных биологически активных веществ, обладающих элиситорными свойствами, т.е. способных взаимодействовать со специфическими рецепторами клеток растений и активировать механизмы естественной защиты растительного организма [5, 9].

Известно, что важной составляющей защитного ответа растений является образование соединений, подавляющих активность чужеродных ферментов [3, 6]. Агрессивность и патогенность микроорганизмов, насекомых - вредителей, в значительной степени определяется активностью их гидролитических ферментов, в частности, протеиназ [10]. Соответственно, высокая активность ингибиторов этих ферментов, является одним из факторов устойчивости растений к действию грибных патогенов и насекомых-вредителей [7, 8]. Искусственное регулирование уровня активности ингибиторов протеолитических ферментов в растительных тканях может служить одним из способов стимулирования естественных механизмов устойчивости растений [5, 12]. В связи с этим, исследование изменения уровня активности ингибиторов в органах и

Шпирная Ирина Андреевна, канд. биол. наук, e-mail: i-shia@yandex.ru; Ахатова Альбина Рашитовна, e-mail: akhatova.a@yandex.ru; Цветков Вячеслав Олегович, e-mail: zvetkovvo@rambler.ru; Яруллина Лилия Маратовна, e-mail: yarullina@bk.ru; Артемьева Мария Андреевна, e-mail: art_amp@bk.ru; Ибрагимов Ринат Исмагилович, докт. биол. наук, проф., e-mail: ibragimov56@yandex.ru

тканях растений под действием препаратов-биорегуляторов представляет научный и практический интерес.

Целью настоящей работы являлось выявление изменений уровня активности белков ингибиторов, подавляющих действие трипсина и протеиназ личинок колорадского жука (ЛКЖ) в клубнях картофеля, обработанных препаратами-биорегуляторами.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ

Объектом исследования служили клубни картофеля (Solanum tuberosum) сорта Ред Скарлетт. Покоящиеся клубни обрабатывали путем опрыскивания 0,001% -ми растворами препаратов: Циркон, Рифтал, Эпин-экстра, Фитоспорин-М. Используемая концентрация препаратов была определена по результатам предыдущих опытов как наиболее оптимальная [12].

При 1 -кратной обработке клубни опрыскивали и отбирали образцы на 4-, 7-, 10-е сут. Повторную обработку клубней производили с 3-суточным интервалом, образцы для исследований отбирали после 2- и 3-кратной обработки. В качестве контроля использовали клубни, обработанные дистиллированной водой.

Для получения экстрактов с ингибирующей активностью навеску центральной части клубней гомогенизировали с кварцевым песком, экстрагировали охлажденной дистиллированной водой (1:4) в течение 1,5 ч, осадок отделяли на центрифуге MPW-310 (Польша) при 10000 об./мин, в течение 10 мин, использовали супернатант.

Ферментные препараты протеиназ выделяли из личинок колорадского жука, следующим образом: навеску замороженных личинок колорадского жука растирали с кварцевым песком, заливали дистиллированной водой в соотношении 1:4. Оставляли экстракт на 1,5 ч при 4°С, далее фильтровали и дважды центрифугировали при 10000 об./мин в течение 10 мин. Использовали супернатант.

Активность ингибиторов протеиназ определяли спектрофотометрически, по гидролизу синтетического субстрата БАПНА (Ы.а-бснзоил-ОЬ-аргинин-

4-нитроанилид НС1 [2,16] и по гидролизу желатины, иммобилизованной в агарозный гель [13]. Концентрацию белка определяли по методу Бредфорд [15]. Эксперименты проводили в трех биологических и трех аналитических повторностях. В качестве величины погрешности использован доверительный интервал выборочного среднего.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Одним из факторов, определяющих характер физиологического воздействия препаратов на растение, является их состав. В связи с этим представляет интерес исследование препаратов различных по происхождению и химической природе. Так, действующими веществами препаратов Циркон и Эпин-экстра являются соединения, участвующие в метаболизме растительного организма (гидрокси-коричные кислоты и 24-эпибрассинолид соответственно); Фитоспорин-М является бактериальным препаратом (содержит эндофитный штамм бактерий ВасШиъ янЫШя 26 Д). Данные препараты являются эффективными биорегуляторами и широко используются в растениеводстве.

На рис. 1 представлены результаты измерения трипсинингибирующей активности экстрактов клубней после обработки их препаратами. Как видно, все исследуемые препараты изменяют уровень активности ингибиторов трипсина в тканях клубней. По истечении 4 и 7 сут эксперимента (соответственно после 1-й 2-кратной обработок) уровень активности ингибиторов трипсина в клубнях значительно ниже, чем в контрольных клубнях. Однако, на 10 сут (после 3 обработок), активность ингибиторов в клубнях значительно возрастает, по сравнению с контролем более чем в 4 раза. После обработки препаратами Циркон и Фитоспорин-М активность ингибиторов в клубнях возрастает постепенно по мере повышения числа обработок. Действие препарата Эпин-экстра отличается от действия других исследуемых препаратов. Видно, что 1-кратная обработка клубней этим препаратом вызывает резкое снижение уровня ингибиторной активности в них, при 3-кратной обработке наблюдается резкое повышение этого показателя по сравнению с другими вариантами опыта (рис., А). Можно предположить, что степень физиологического эффекта препаратов обуславливается их химической природой.

ЦГОЛтЮН

^линшгп:^

Сугок после оора^ики

Рис. Активность ингибиторов трипсина в клубнях картофеля при обработке препаратами-биорегуляторами. А) - повторные обработки. Б) - однократная обработка.

Примечательно, что в контрольном варианте наблюдалось значительное понижение активности ингибиторов трипсина со временем. Возможно, это связано с тем, что прорастающие клубни характеризуются снижением ингибиторов протеиназ в тканях, поскольку эти белки активно транспортируются в проростки (глазки) [1].

В дальнейшем исследовали динамику изменений ингибиторной активности в клубнях после однократной обработки препаратами (рис., Б). Как видно, в отличие от предыдущего эксперимента,

активность ингибиторов трипсина в обработанных клубнях не превышает значений контрольного варианта. Можно предположить, что в этом случае препараты оказывают на прорастающие клубни стрессовое воздействие. Исходя из полученных результатов, в течение 7 сут после 1-кратной обработки мы наблюдаем начальную фазу стрессовой реакции, которая в наших опытах проявляется в снижении уровня активности ингибиторов трипсина. На 10 сут, по-видимому, в клубнях активируются механизмы, повышающие их устойчивость к

стрессовым факторам (фаза резистентности), что проявляется повышением ингибиторной активности до уровня контрольного варианта.

Как было отмечено, в экспериментах с повторными обработками повышение активности ингибиторов трипсина в клубнях наблюдается уже на 7 сут (после второй обработки). По-видимому, первичная обработка препаратами является для растительного организма стрессом, который вызывает комплекс неспецифических ответных реакций, и проявляется, в частности, понижением уровня активности ингибиторов протеолитических ферментов. Последующие обработки включают адаптационные механизмы растений к стрессовому воздействию. Соответственно, повышенный уровень ингибиторной активности после 3 обработок может рассматриваться как эффект сенсибилизации тканей клубней, с последующей иммуностимуляцией

растений картофеля. Известно, что для достижения состояния сенсибилизации клубней картофеля необходим достаточно длительный промежуток времени, в течение которого происходит перестройка ультраструктурного аппарата клетки [9]. В наших экспериментах данный эффект начинает проявляться после 2-й обработки (на 7 сут). Проявление эффекта сенсибилизации указывает на то, что повторная обработка препаратами может выступать для растительного организма в качестве эустресса -стимулирующего, мобилизующего стресса [11].

По аналогичной схеме были проведены эксперименты по определению активности ингибиторов протеолитических ферментов ЛКЖ из тканей обработанных клубней.

Обработка клубней картофеля препаратами-биорегуляторами изменяет активность ингибиторов протеиназ ЛКЖ (табл.).

Таблица. Активность ингибиторов протеиназ ЛКЖ в клубнях картофеля при обработке препаратами-биорегуляторами (субстрат желатина)

Варианты опыта 1* 2**

ИЕ/г массы ИЕ/мг белка ИЕ/г массы ИЕ/мг белка ИЕ/г массы ИЕ/мг белка

Контроль (вода) 10,8+1,95 14,82+3,07 6,69+1,07 9,18 + 3,1 0,94 + 0,07 1,15 + 0,08

Фитоспорин-М 9,81 ± 0,6 12,95+1,33 6,14 + 3,14 8,45 + 4,54 2,22 + 0,18 3,22 + 0,27

Циркон 11,31 + 0,96 15,18 + 0,3 7,75+1,2 9,69 + 0,64 1,39 + 0,1 1,8 + 0,14

Эпин-экстра 6,68 + 2,1 8,15 + 2,56 7,75+1,2 9,14 + 0,64 1,48 + 0,06 1,83 + 0,1

Прим.: 1- 4; 2- 7; 3 - 10 сут после обработки; *- одно-, "двух-***- трехкратная обработка препаратами

Уровень активности изучаемых ингибиторов в вариантах с Фитоспорином и Цирконом на 4 сут выявляется на уровне контрольного варианта. Обработка Эпином приводит к снижению ингибиторной активности. На 7 сут (после 2-й обработки) в клубнях, обработанных Эпином-экстра, происходит повышение активности ингибиторов протеиназ ЛКЖ.

Ингибиторная активность в клубнях, обработанных Цирконом, на протяжении всех экспериментальных дней превышает значения контроля.

Из результатов видно, что иммунизирующий эффект препаратов (по активности ингибиторов ЛКЖ) проявляется менее интенсивно, по сравнению с предыдущими опытами (по активности ингибиторов трипсина).

Мы предполагаем, что это связано с высокой степенью молекулярной и физиологической гетерогенности протеолитических ферментов колорадского жука. По-видимому, спектр протеиназ ЛКЖ включает различные типы ферментов, в т.ч. способных гидролизовать защитные белки клубней.

Таким образом, обработка клубней картофеля препаратами-биорегуляторами оказывает влияние на активность соединений ингибирующих действие трипсина и протеиназ ЛКЖ.

Однократная обработка снижает уровень активности ингибиторов трипсина, повторная

обработка клубней приводит к повышению данной активности.

Обнаруженный нами эффект повышения антипротеолитической активности в тканях может рассматриваться как один из механизмов повышающих неспецифическую устойчивость растений к биотическим факторам, прежде всего к патогенным организмам и насекомым-вредителям.

Работа выполнена при поддержке ФЦП "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России" на 2009-2013 годы (ГК № 16.740.110061); ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы» (ГКМ 16.512.11.2014).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Х.Алъсмин П.И., Амбросов А.Л., Вечер A.C. Физиология картофеля/под ред. Б.А. Рубина. М.: Колос, 1979. 272 с. 2. Гофман Ю.Я., Вайсблай ИМ. Определение ингибитора трипсина в семенах гороха // Прикладная биохимия и микробиология. 1975. № 5. С. 777-783. 3 .Дьяков ЮЛ., Озерецковская О.Л., Джавахия В.Г., Багирова С.Ф. Общая и молекулярная фитопатология. М.: Общество фитопатологов, 2005. 300 с.

4. Захаренко В.А. Современная защита растений и её

научное обеспечение // Arpo XXI. 2003. № 1-6. С. 34-36.

5. Ибрагимов Р.И., Ямалеева A.A., Талипов Р.Ф. и др.

Физиолого-биохимические механизмы действия экологически безопасных препаратов для

растениеводства//Успехи соврем, естествознания. 2003. № 10. С. 38-39.

6. Яруллина Л.Г., Ибрагимов Р.И. Клеточные механизмы

формирования устойчивости растений к грибным патогенам. Уфа: Гилем, 2006. 232 с.

7. Ибрагимов Р.И., Яруллина Л.Г., Шпирная И.А. и др.

Биохимические факторы развития устойчивости растений к патогенам // Современные наукоемкие технологии. 2010. № 4. С. 46-48.

8. Конарев A.B. Ингибиторы протеиназ и устойчивость

картофеля к колорадскому жуку // Современные системы защиты и новые направления в повышении устойчивости картофеля к колорадскому жуку. М.: Наука, 2000. С. 35-40.

9. Метлицкий Л.В., Озерецковская О.Л. Как растения

защищаются от болезней. М.: Наука, 1985. 192 с.

10. Мосолов В.В., Валуева Т.А. Ингибиторы протеиназ и их функции у растений (обзор) // Прикладная биохимия и микробиология. 2005. Т. 41. № 3. С. 261-282.

11. Чиркова Т.М. Физиологические основы устойчивости растений. СПб.: Изд. СПбГУ, 2002. 244 с.

12. Шпирная И.А., Артемьева М.А, Ибрагимов Р.И. Изменение активности ингибиторов трипсина в клубнях картофеля (Solatium tuberosum L.) при обработке препаратом «Рифтал» // Актуальные проблемы ботаники и экологии: Материалы междунар. конф. Симферополь: ВД «Ариал». С. 436-438.

13. Шпирная И.А., Умаров И.А., Шевченко И.Д., Ибрагимов Р.И. Определение активности гидролаз и их ингибиторов по гидролизу субстрата в геле агарозы // Прикладная биохимия и микробиология. 2009. Т. 45. № 4. С. 497-501.

14. Штерншис М.В. Роль и возможности биологической защиты растений // Защита и карантин растений. 2006. № 6.С. 14-18.

15. Bradford MM. A rapide and sensetive method for the quantitasion of microgramm quantities of protein utilising the principle of protein-dye binding // Anal. Biochem. 1976. V. 172. № 1. P. 248-254.

16. Erlanger B.F., Kokowski N., Cohen W. The preparation and properties of two new chromogenic substrates of trypsin // Arch. Biochem. Biophys. 1961. V. 95. №2. P. 271-278.

IMMUNOSTIMULATING EFFECT OF BIOREGULATING DRUGS AT PROCESSING

OF POTATO TUBERS

© 2011 I.A. Shpirnaya1, A.R. Akhatova1, V.O. Tsvetkov1, L.M. Yarullina1, M.A. Artemyeva1,

R.I. Ibragimov1

Bashkir State University, Ufa 2Branch of Moscow State University of Technology and Management

In this article described a results of researches of bioregulating drugs effect on activity of proteolytic enzumes inhibitors on potato tubers. It's shown, that multiple drugs processing has an immunostimuling effect.

Key words: potato, enzymes inhibitors, proteolytic enzymes, bioregulating drugs, plant resistance.

Shpirnaya Irina Andreevna, Candidate of Biology, e-mail: i-shia@yandex.ru; Akhatova Albina Rashitovna, e-mail: akhatova.a@yandex.ru; Tsvetkov Vyacheslav Olegovich, e-mail: zvetkovvo@rambler.ru; Yarullina Lilia Maratovna, e-mail: yarullina@bk.ru; Artemyeva Maria Andreevna, e-mail: art_amp@bk.ru; Ibragimov Rinat Ismagilovich, Doctor of Biology, Professor, e-mail: ibragimov56@yandex.ru.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.