CC BY
16БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ
ИССЛЕДОВАНИЕ АКТИВНОСТИ ОКСИДОРЕДУКТАЗЫ ЗЕРНА КУКУРУЗЫ В СТАДИИ ЭМБРИОГЕНЕЗА Абдраков Б.К.1, Толтаева Б.С.2, Кашкынбаева Л.Б.3
1Абдраков Бекет Кыдыралиевич - кандидат медицинских наук, доцент;
2Толтаева Бахыт Сергалиевна - магистр биологии;
3Кашкынбаева Лайла Башановна - магистр биологии, кафедра биологии, Таразский государственный педагогический университет, г. Тараз, Республика Казахстан
Аннотация: в данной работе исследовалась активность пероксидазы у набухших зёрен кукурузы сорта «Казахстанская-43». Семена обрабатывали 3%-ным раствором Н2О2 (перекиси ворода) и замачивали водой в течение 24 часов. Набухшие семена проращивали на фильтровальной бумаге, смоченной водой, при +20-20оС, далее анализировали активность данного фермента через 1, 2, 4, 6, 8, 12, 16, 24, 36, 48, 72 и 96 часов от начала замачивания. В период набухания зерна происходит постепенная активация пероксидазы, уровень изменяется скачкообразно. Начиная с 48 час от начала замачивания семян пероксидазная активность зародыша и эндосперма зерна неуклонно возрастает, за счёт быстрореагирующих изопероксидаз зародыша. На ранных этапах прорастания зерна, вероятно, активируются запасённые изоферменты, которые синтезируются в ходе эмбриогенеза по программе прорастания.
Ключевые слова: зерно, прорастание, активность, пероксидаза, набухание, эндосперм, цитоплазма, активация.
УДК 577.121.2/6:58
В процессе прорастания в зерне происходит активация и новообразование многих энзимов, необходимых для осуществления раннего растения. Одной из первых среди ферментных систем прорастания зерне кукурузы активизируется оксидоредуктаз-пероксидаза. При выходе из состояния покоя зерно кукурузы обнаруживает небольшую пероксидазную активность, которая связана с присутствием нескольких слабо активных изоферментов [1]. По мере прорастания зерна активности ферментов увеличилась, а в его изоферментах появились новые молеулярные формы [1, с. 2]. О многократном возрастании пероксидазной активности зерна после пятидневного прорастание сообщалось и в другой работе [3]. Установлено, что повышение пероксидазной активности в прорастающем зерне кукурузы, обусловлено увеличением количества предшествующих изоферментов, чем образованием новых [1,с. 3]. Однако имеются сведения позволяющие предложить новообразование изоферментов пероксидазы зерне кукурузы при его набухании, за счет которого увеличивается общая активность фермента [2]. К такому выводу авторы приходят на основание данных о влиянии ингибиторов белкового синтеза гибберелловой кислоты на активизацию изопероксидаз в алейроновом слое прорастающего зерна.
Объектом исследования служили семена кукурузы сорта «Казахстанская-43». Семена обрабатывали 3% раствором ^02 (перекиси водорода) и замачивали в воде в течение 24 часов.
Набухшие семена проращивали на фильтровальной бумаге, смоченной водой, в специальных кюветах при температуре 20-25 градусов. Зерновки анализировали через 1, 2, 4, 6, 8, 12, 16, 24, 36, 48, 72 и 96 часов от начала замачивания. Затем определяли активность пероксидазы в зародышах, эндоспермах и целых зерновках, а также
содержание белка по методу Лоури. Активность фермента устанавливали на фотоэлектроколориметре ФЭК-56 М [4].
Активность пероксидазы при набухании и прорастании зерна. В первые часы набухания в погружённом в воду зерне активируются ферменты и возобновляются метаболические процессы, при остановленные или замедленные в период временного покоя семян. Уже в течение первого часа замачивание семян эндосперм и зародыш заметно различаются по пероксидазной активности, рассчитанный в единицах активности фермента на 1 г. Сухой массы зерновки и её частей (рис. 1А). В эндосперме первый максимум активности пероксидазы приходится на 12 ч, от начала замачивания семян, после чего к 16 ч. активность заметно падает и остается на одном уровне до 40-часового периода прорастания. Далее вновь активность фермента увеличивается.
в
Рис. 1. Изменение активности пероксидазы при набухании и прорастании зерна кукурузы: А - на 1 г сухой массы; Б - на массу 1 г зерна; В - на 1 мг белка; 1 - зародыш; 2 - эндосперм; 3 -
целое зерно
При этом характер изменений пероксидазной активности в эндосперме совпадает (с незначительными сдвигами) с динамикой изменения ферментативной активности целого зерна, в тканях зародышей активность пероксидазы в течение всего опыта оказывается значительно выше, чем в эндоспермах обнаруживая периодические подъемы и спады. Максимум активности фермента приходится на 6 и 16 ч. от начала замачивания и на период после 72 ч. прорастания, что соответствует активным фазам дифференцировки зародыша.
Несколько иная картина получена при расчёте активности фермента на массу 1 г зерна (рис.1 Б). В этом случае первоначально небольшая активность пероксидазы целой зерновки постепенно нарастает, достигая через 16 ч первого максимума (этот максимум совпадает с проклеивыванием зерновок). К 24 ч набухания семян активность фермента несколько падает, незначительно увеличиваясь к 36 ч. и резко возрастает к 48 ч от начала замачивания они достигают 5-8 мм длины начинает появляться росточек. После 48 ч от начала замачивания и до конца исследования активность пероксидазы целых зерновок продолжает возрастать, что совпадает с активным развитием проростков. Возрастание активности пероксидазы в период от 48-72 часов после замачивания семян можно объяснить участие пероксидазы в процессе клеточной дифференцировки корней сообщили А. Денчева и др. [5].
При набухании и в начальные часы прорастания пероксидазная активность целой зерновки представлено в основном активностью фермента в эндосперме, тогда как более поздние часы прорастания вклад зародыша в общую активность зерновки все больше возрастает (см. рис. 1 Б).
Низкая активность фермента при расчете на одну зерновку в начале опыта (до 48 ч от начало замачивания семян) объясняется тем, что зародыш в этот период составляет очень малую часть зерновки. В проросшем зародыше активность фермента резко повышается (после 48 ч) и концу опыта составляет около 50% от активности пероксидазы в целой зерновке. Удельная активность фермента в целой зерновке и ее частях до 48 ч прорастания поддерживается на определенном относительно невысоком уровне, обнаруживая небольшие колебания в сторону повышения или понижения уровня активности (см. рис. 1В), в зародышах пероксидазная активность повышается на 4; 8 и на 16 часов набухания, а в эндосперме на 4 и 12 ч начиная с 48-часового периода от начало замачивания семян удельная активность фермента начинается на третьи сутки прорастания зерна с момента появления первичных корешков. В тканях растении пероксидаза присутствует в свободном и связанном
7
виде [5]. Интересно проследить за изменением соотношения этих форм пероксидазы по мере набухания и прорастания зерна. В покоящихся, набухающих и прорастающих семенах кукурузы основная часть фермента находится в свободном состоянии (в цитоплазме), что свидетельствует о преобладающей роли растворимой цитоплазматической формы пероксидазы в метаболическое процессах прорастающего зерна (см. табл. № 1).
Таблица 1. Активность пероксидазы при набухании и прорастания зерна кукурузы (вусл. ед.)
ЧЧ На 1 г сухой массы асы На массу 1 зерна На 1 мг белка
Цитопл азма Ионос вяз Сум ма Цитопла зма Ионос вяз Сум ма Цитоп лазма Ионос вяз Сум ма
0 56,70 0,74 57,4 4 3,26 0,03 3,29 4,61 0,16 4,77
1 76,58 0,39 76,9 7 3,07 0,02 3,09 4,41 0,09 4,50
2 49,95 0,45 50,4 0 2,32 0,01 2,33 3,60 0,12 3,72
6 61,80 0,53 62,3 3 2,67 0,02 2,69 4,40 0,12 4,52
16 76,90 0,65 77,5 5 3,05 0,02 3,07 5,56 0,20 5,76
48 104,10 1,14 105, 24 3,78 0,03 3,81 10,14 0,31 10,45
72 213,97 3,69 217, 50 4,46 0,11 4,57 7,21 0,69 7,90
Эта периодичность в изменении суммарной активности фермента при набухании зерна наблюдается и в динамике изменения активности ионосвязанной формы пероксидазы. В начале набухания зерна она значительно падает, затем вновь возрастает, достигая первоначального своего уровня после 16 ч. Быстрая активация фермента, связанная с началом прорастания (после 48 ч), сопроваждается одновременным возрастанием почти пятикратно увеличивается активность ионосвязанной пероксидазы по сравнению с ее уровнем в покоящемся зерне.
Таким образом, в период набухания зерна в его частях происходит постепенная активация пероксидазы, уровень которой изменяется скачкообразно, начиная, с 48 ч. от начала замачивания семян пероксидазная активность зародыша и эндосперма зерна неуклонно возрастает. Резкое увеличение ферментативной активности зерна после 48 ч прорастания происходит главным образом за счет активации быстро мигрирующих изопероксидаз зародыша.
На ранних этапах прорастания зерна, вероятно, активируются занасенные изоферменты, которые синтезируются в ходе эмбриогенеза по программе прорастания.
Список литературы
1. Hagina J., Alexandreseu J. Peroxydase and catalase of dormant able fo germinate and germinated Wheat seeds.-Rey roum. Biochem., 1988, 15. № 4. Р. 223.
2. Tao K.J., Khan A.A. Occurence of some enzymes in starchy endosperm and hormonal regulation of peroxidase in alenrone of whent-plant Physiol, 1995. 56. № 6. Р. 797-800
3. Kruger J.L. Changes in peroxidase isozymes of wheat-during germination. Yeral chem., 1988. 51. № 5. Р. 578-585.
4. Денчева А и др. Пероксидазна активность в процеса на прорастае на семена от царевице. «Физиол. растений» (НРБ), 1997. № 3. С. 24.
5. Заиров С.З. Исследования в области биохимии с/з культур в Казахстане. Прикл. биохимия и микробиология, 2002. Т. 18. № 6. С. 751.
