Научная статья на тему 'Индукция синтеза антиоксидантов как механизм экоустойчивости травянистых растений степного Предуралья'

Индукция синтеза антиоксидантов как механизм экоустойчивости травянистых растений степного Предуралья Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

CC BY
267
68
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
FRAGARIA VIRIDIS L. / АНТИОКСИДАНТЫ / ЭКОУСТОЙЧИВОСТЬ / СВОБОДНЫЕ РАДИКАЛЫ / ТАНИДЫ / АСКОРБИНОВАЯ КИСЛОТА / ANTIOXIDANTS / ECOLOGICAL SUSTAINABILITY / FREE RADICALS / TANNINS / ASCORBIC ACID

Аннотация научной статьи по биологическим наукам, автор научной работы — Немерешина Ольга Николаевна, Трубников Виктор Владимирович, Гусев Николай Фёдорович

В статье изложены данные по содержанию антиоксидантов (танидов и аскорбиновой кислоты) в растениях, произрастающих вблизи газоперерабатывающего предприятия и в экологически чистой зоне.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по биологическим наукам , автор научной работы — Немерешина Ольга Николаевна, Трубников Виктор Владимирович, Гусев Николай Фёдорович

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

ANTIOXIDANTS SYNTHESIS INDUCTION AS A MECHANISM OF ECOLOGICAL SUSTAINABILITY OF GRASS PLANTS IN STEPPE PRIURALYE

This paper presents data on the content of antioxidants (tannins and ascorbic acid) in plants growing close to gas processing plants and on an ecologically clean territory.

Текст научной работы на тему «Индукция синтеза антиоксидантов как механизм экоустойчивости травянистых растений степного Предуралья»

Индукция синтеза антиоксидантов

как механизм экоустойчивости травянистых

растений степного Предуралья

О.Н. Немерешина, к.б.н., Оренбургская ГМА;

В.В. Трубников, соискатель, Н.Ф. Гусев, д.б.н., Оренбургский ГАУ

Одной из актуальных проблем биологической науки является изучение биологических особенностей растений в зависимости от условий произрастания. В настоящее время на территории Южного Урала практически не осталось природных комплексов, которые не были бы прямо или косвенно подвержены антропогенному воздействию [1, 2]. Учитывая возрастание антропотехногенной нагрузки и нестабильность фитоценозов Южного Предуралья, становится актуальным формирование чётких теоретических представлений об адаптивных изменениях клеточного метаболизма в ценопопуляциях растений, подверженных техногенному влиянию. Вследствие сложности и многогранности данной проблемы невозможно создать универсальную единую схему без учёта физико-географических условий отдельных районов, а также спектра и концентраций загрязняющих веществ [3, 4]. Однако в характере действия промышленных эксгалатов на растительность есть много общего: нарушение функций биомембран, инактивация ряда важнейших ферментов из-за денатурации белков, изменение скорости синтеза многих соединений [1, 5]. Следовательно, механизмы защиты растений от указанных веществ должны иметь некоторые общие черты, которые следует выявлять поэтапно, путем изучения различных в таксономическом отношении видов.

Виды травянистых растений в силу короткого времени их онтогенеза и возможности скорейшей выработки наследственных механизмов адаптации к условиям среды представляют, по нашему мнению, интересный и перспективный объект исследования в плане анализа адаптивных особенностей растительных организмов.

Целью нашего эксперимента являлось выявление некоторых механизмов адаптации клеток ¥та^^ат1а viridis Ь. к воздействию атмосферных выбросов Оренбургского газоперерабатывающего предприятия. Для достижения поставленной цели нами запланировано проведение количественной и качественной оценки содержания биологически активных веществ в исследуемых растениях в зависимости от уровня загрязнения.

Указанное обусловлено тем, что при рассмотрении проблемы экоустойчивости необходимо

помнить, что в процессе жизнедеятельности растения постоянно подвергаются воздействию свободных радикалов [6, 7]. Эти неустойчивые частицы обладают высочайшей реакционной способностью и представляют собой сложную проблему для растений, даже при оптимальных экологических условиях. Повышенное образование свободных радикалов может привести к окислительным травмам путём инициирования цепных реакций, в результате чего разрушаются фосфолипиды биомембран, денатурируют белки и фрагменты ДНК, что, в конечном счёте, приводит к гибели клеток [8], что может проявляться в некротических изменениях и завядании листьев, порче плодов и гибели растений.

Проблемы усугубляются в растениях, которые сталкиваются с дополнительными стрессорами, такими как интенсивное световое и УФ-излучение, экстремальные температуры, засуха и суховеи, загрязнение среды фитотоксикантами или грибковые инфекции [2, 3]. В перечисленных случаях уровень антиокислительной защиты в клетках нередко имеет решающее значение для выживания вида. В процессе эволюции у растений сформировался сложный многоуровневый арсенал антиоксидантной защиты. Выделяют два вида механизмов антиокислительной защиты: ферментативный и неферментативный.

К ферментативному звену антиокислитель-ной защиты традиционно относят следующие ферменты: суперосиддисмутазу (СОД), каталазу, пероксидазы [6].

Нами планируется изучить неферментативное звено антиокислительной защиты Fragaria viridis L., в которое входят так называемые антиоксиданты — вещества, способные «гасить» свободные радикалы, прежде чем они наносят вред. К ним относятся каротиноиды, токоферолы, аскорбат, витамины группы Д, широкий спектр фенольных соединений [9, 10]. Изучение механизмов антиоксидантной защиты в растениях степного Предуралья является актуальным с точки зрения академических исследований, изучения урожайности сельскохозяйственных культур и формирования рациона питания населения.

Земляника зелёная (Fragaria viridis (Duch.) West.) семейства Розоцветные (Rosaceae) — многолетнее травянистое растение мезофит высотой 5—20 см, с толстым бурым корневищем. Листья сложные, тройчатые, тупо-зубчатые. Верхушечный листочек яйцевидный, на коротком черешке;

два боковых листочка сидячие. Цветки белые, с подчашием, многочисленными тычинками и пестиками. Отличается от земляники лесной опушёнными с обеих сторон листьями, шаровидными, при основании суженными; ароматными, зеленовато-белыми, затем краснеющими плодами и чашелистиками, прижатыми к плодам. Цветёт в мае — июне. В Оренбургской области произрастает на открытых сухих склонах, по суходольным и степным лугам, в редколесье, на опушках лесов и колков, среди можжевельника и молодых сосен. Возделывается на огородах, имеет множество сортов.

Земляника зелёная (клубника) — ценное пищевое и лекарственное растение [2, 9, 11]. Плоды клубники содержат сахара (до 15%), органические кислоты (яблочную, лимонную, салициловую, хинную и др.), фосфаты, карбонаты, соли железа, пектины, дубильные вещества, антоцианы, витамин С, каротиноиды, фолиевую кислоту, эфирные масла, фитонциды. В листьях обнаружены аскорбиновая кислота (250—300 мг%), следы алкалоидов, дубильные вещества. Корневища и корни содержат дубильные вещества.

Плоды клубники возбуждают аппетит, регулируют пищеварение и хорошо утоляют жажду. Их используют также в косметических целях для смягчения кожи и удаления веснушек, родимых пятен, угрей. Водный настой плодов обладает слабым противовоспалительным и бактерицидным действием, применяется в качестве потогонного, мочегонного и лёгкого слабительного средства. Корневища, корни и листья известны в народной медицине кровоостанавливающим, противовоспалительным, мочегонным и желчегонным действием. Листья также обладают антисептическим, обезболивающим и ранозаживляющим действием и свойством уменьшать потоотделение. Свежие и сухие распаренные листья Fragaria viridis L. прикладывают к гнойным ранам и застарелым язвам для быстрого их заживления [11].

Для изучения механизмов адаптации Fragaria viridis L. к загрязнению среды выбросами ОГПЗ нами проведён анализ содержания антиоксидантов: аскорбиновой кислоты и суммы полифенолов (дубильных веществ и фенокислот) — в растениях, произрастающих на техногенно-загрязнённых участках и в контроле.

Определение дубильных веществ в исследуемых растениях проводили общепринятыми методами [12]. Для этого на водяной бане в течение 15 минут готовили водные извлечения растений, собранных в техногенно-загрязнённой зоне. Извлечения отфильтровывали и использовали для проведения качественных реакций. Осаждение танидов из водных извлечений исследуемых растений проводилось 1%-ным раствором желатина и алкалоидами.

Для определения количественного содержания танидов в листьях Fragaria viridis L., собранных в контрольной зоне и на исследуемых участках, была проведена экстракция танидов водой до полного истощения сырья — отрицательной реакции с железо-аммониевыми квасцами (реакция окрашивания). Количественное определение общей суммы танидов в листьях Fragaria viridis L. проводили по методу, описанному в Государственной Фармакопее СССР (1990).

Дубильные вещества, или таниды, представляют собой полифенольные соединения с высокой молекулярной массой, способные осаждать белки, в частности, раствор желатина, и обладающие вяжущим вкусом. Кроме того, таниды образуют нерастворимые комплексы с алкалоидами и солями тяжёлых металлов. Свойство дубить кожу животных является главным критерием для отнесения химических соединений к группе дубильных растительных веществ. В их состав могут входить полимеризованные катехины, лейкоантоцианидины, флавоноиды, галловая и эллаговая кислоты и другие соединения. В химическом отношении дубильные вещества делятся на три группы: гидролизуемые (или производные пирогаллола), конденсированные (производные пирокатехина) и смешанная группа.

Дубильные вещества широко распространены среди растений, что объясняется способностью полифенолов обезвреживать свободные радикалы и тем самым тормозить перекисное окисление липидов клеточных мембран.

Фенольные соединения способны блокировать взаимодействие окисляющегося субстрата с перекисным радикалом и следовательно тормозить цепное окисление:

PhOH + RO2- ^ PhO- + ROOH.

В результате при окислении фенолят-иона образуется феноксильный радикал, который в дальнейшем может вступать в реакции димери-зации с образованием связей углерод — углерод или углерод — кислород или обезвреживаться глутатионом.

Аскорбиновая кислота входит в число соединений, способствующих повышению устойчивости растений к неблагоприятным условиям обитания, что не в последнюю очередь обусловлено её способностью проявлять антиоксидантные свойства:

НО-аск-ОН + R-С- ^ НО-аск-О- + R-СН.

Определение содержания аскорбиновой кислоты в водных извлечениях из листьев Fragaria viridis L. проводили по способности данного соединения восстанавливать окрашенную форму 2,6-дихлорфенолиндофенола, превращая его в бесцветное состояние [12].

Содержание антиоксидантов в листьях Fragaria viridis L. (мг% на абс. сух. вес)

Место и сроки сбора сырья Содержание танидов Содержание аскорбиновой кислоты

Оренбургский газоперерабатывающий завод (Оренбургский р-н), 07.07.2009 Остепнённый луг вблизи с. Майорское (Сакмарский р-н), 07.07.2009 7,6±0,4 6,8±0,5 48,7±1,5 46, 2±2,1

В ходе исследований установлено, что наибольшее количество танидов в надземной части Fragaria viridis Ь. отмечается на территории ОГПЗ (табл. 1).

Результаты проведённого нами количественного определения аскорбата свидетельствуют о повышении синтеза аскорбиновой кислоты в листьях Fragaria viridis Ь., произрастающих в загрязнённой атмосфере (табл.).

По результатам исследований можно сделать следующие выводы.

1. Сравнительный анализ содержания антиоксидантов в листьях Fragaria viridis Ь. выявил увеличение выработки и накопления дубильных веществ у растений, произрастающих на территории Оренбургского газоперерабатывающего завода.

2. Установлено, что в условиях техногенного воздействия ОГПЗ растения Fragaria viridis Ь. индуцируют синтез аскорбиновой кислоты.

3. Индукция синтеза компонентов неферментативной антиокислительной защиты растениями Fragaria viridis Ь. в условиях химического стресса под влиянием выбросов предприятий газоперерабатывающей промышленности увеличивает адаптивные возможности вида.

Литература

1. Боев В.М., Воляник М.Н. Антропогенное загрязнение окружающей среды и состояние здоровья населения восточного Оренбуржья. Ур. отд. РАН. Оренбург, 1995.

2. Гусев Н.Ф., Немерешина О.Н. О некоторых аспектах рационального использования лекарственных растений Предуралья // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2009. № 2(22). С. 308—311.

3. Илькун Г.М. Загрязнители атмосферы и растения. Киев: Наукова думка, 1978. 247 с.

4. Николаевский В.С. Биологические основы газоустойчивости растений. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-е, 1979. 278 с.

5. Зайков Г.С. и др. Кислотные дожди и окружающая среда. М.: Химия, 1991.

6. Gould K.S. Redox regulation of water stress responses in field-grown plants. Role of hydrogen peroxide and ascorbate / K.S. Gould, University of Auckland, Auckland, New Zealand Copyright 2003, Elsevier Ltd. All Rights Reserved. Introduction: 256-279.

7. Sroka Z., Fecka I., Cisowski W. Antiradical and anti-H2O2 properties of polyphenolic compounds from an aqueous peppermint extract // Z. Naturforsch. 2005. Vol. 60, No. 11-12. P. 826-832.

8. Thomashov M.F. Free Radicals, xidative Stress and Antioxidants / M.F. Thomashov // Plant cold acclimation: freezing tolerance genes and regulatory mechanisms. 1999. Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology 50: P. 571-591.

9. Куркин В.А. Основы фитотерапии: учебное пособие для студентов фармацевтических вузов. Самара: ООО «Офорт», 2009. 963 с.

10. Tamimi R.M., Hankinson S.E., Campos H. et al. Plasma carotenoids, retinol, and tocopherols and risk of breast cancer. Am J Epidemiol. 2005;161(2): 153-160.

11. Махлаюк В.П. Лекарственные растения в народной медицине. М.: Нива России, 1992. 478 с.

12. Государственная Фармакопея СССР. 11-е изд. М.: Медицина, 1990. Вып. 2. 400 с.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.