CC BY
171
11. Патент №138959 Российская Федерация, МПК А23 N 17/00. Смеситель / Е.С. Зыкин, А.В. Дозоров, С.В. Дежаткина, А.З. Мухитов; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «Ульяновская ГСХА им. П.А. Столыпина». - №2013159047/13; заявл. 30.12.2013; опубл. 27.03.2014, Бюл. № 9. - 2 с.: ил.
12. Дежаткина, С.В. Показатели белкового обмена в сыворотке крови свиноматок при добавлении в их рацион соевой окары и природных цеолитов / С.В. Дежаткина, А.В. Дозоров, Н.А. Любин и др. //Свиноводство. - 2013. - № 7. - С. 26-28.
УДК 581:502
DOI 10.18286/1816-4501-2015-2-56-59
ИЗМЕНЕНИЕ АКТИВНОСТИ АНТИОКСИДАНТНЫХ ФЕРМЕНТОВ У ИНТРОДУЦИРОВАННЫХ ХВОЙНЫХ РАСТЕНИЙ В УСЛОВИЯХ ГОРОДСКОЙ СРЕДЫ
Воскресенская Ольга леонидовна, доктор биологических наук, профессор, директор Института медицины и естественных наук
Сарбаева Елена Витальевна, кандидат биологических наук, доцент кафедры «Экология» Старикова Екатерина Александровна, биолог кафедры «Экология»
ФГБОУ ВПО «Марийский государственный университет»
424002, Россия, г. Йошкар-Ола, ул. Осипенко, 60; 8(8362)68-79-46; e-mail: voskres2006@rambler.ru
ключевые слова: хвойные растения, интродуценты, ферментативная активность, пероксидаза, каталаза.
В статье представлены результаты исследований антиоксидантной системы хвойных интродуцентов (Picea pungens Engelm., Thuja occidentalis L., Juniperus sabina L.), произрастающих в условиях городской среды. Выявлено, что среди изученных видов большей лабильностью показателей ферментативной активности обладает можжевельник казацкий, что позволяет считать его более чувствительным видом к загрязнению атмосферного воздуха г. Йошкар-Олы.
Введение
Растения в городской среде подвержены воздействию комплекса неблагоприятных факторов, среди которых запыленность и загазованность воздуха, шум, вибрация, электромагнитные излучения и специфический микроклимат. Способность приспосабливаться к данным условиям и сохранять при этом свой жизненный потенциал является одним из основных определяющих условий существования растений и зависит от возможности адаптироваться к разнообразным стрессовым факторам. В селитебной и промышленной зонах города наблюдает-
ся повышенное содержание поллютантов (преимущественно вследствие выбросов автотранспорта) [1, 2].
На растения в урбанизированной среде действуют токсичные соединения, содержащиеся в атмосфере, при этом в тканях развивается окислительный стресс, связанный с повышенной продукцией активных форм кислорода (АФК). Для предотвращения негативного влияния АФК у растений функционирует антиоксидантная система защиты, в которую входят как антиоксидантные ферменты, так и низкомолекулярные органические соединения. К основным ферментам,
участвующим в нейтрализации АФК, образующихся при стрессе, являются каталаза и пероксидаза.
Каталаза - фермент, широко распространенный в растительных тканях. Ее каталитическое действие обеспечивает в разложении перекиси водорода с выделением молекулярного кислорода. Аналогичные функции в живых тканях помимо каталазы выполняют и пероксидазы, однако они функционируют только при относительно низком уровне пероксида, в то время как каталаза способна эффективно работать при его высокой концентрации.
Пероксидаза - один из ключевых ферментов, контролирующих рост, дифференциацию и развитие растений. Данный фермент участвует в формировании клеточных стенок, дыхании растений, защите тканей от различного рода поражений. Пероксидаза определяет не только рост и развитие растений, но и их антиоксидантную противострессовую реакцию на внешние воздействия. Известно, что именно данный фермент в растении одним из первых активизируется в ответ на стресс, при этом каталаза зачастую подвержена ингибированию при загрязнении среды кислыми газами и тяжелыми металлами. Эти факторы и определяют возможность использования указанных ферментов для изучения устойчивости растений к окислительному стрессу [3].
Объекты и методы исследований
Объектами исследований служили хвойные интродуценты, широко распространенные в озеленении г. Йошкар-Олы - ель колючая (Picea pungens Engelm.), туя западная (Thuja occidentals L.) и можжевельник казацкий (Juniperus sabina L.). Целью работы являлось изучение активности антиоксидантных ферментов (пероксидазы и каталазы) в хвое ряда интродуцентов, используемых в озеленении г. Йошкар-Олы.
В качестве районов исследования были выбраны следующие зоны города Йошкар-Олы, отличающиеся по степени загрязнения атмосферы: парковая зона (ЦПКиО им. ХХХ-летия ВЛКСМ), селитебная зона (ул. Маши-
ностроителей) и промышленная зона (ул. Строителей).
Образцы хвои второго года жизни отбирали со средневозрастных генеративных растений с южной стороны кроны. Определение активности каталазы (КФ. 1.11.1.6) проводили титрометрическим методом. Активность пероксидазы (КФ. 1.11.1.7) определяли методом А.Н. Бояркина (1951) [4]. Экспериментальные данные были обработаны статистически с помощью программы «STA-TISTICA 6.0».
Результаты исследований
Вследствие того, что у растений из компонентов антиоксидантной системы защиты каталаза и пероксидаза являются одними из наиболее чувствительных ферментов при воздействии на растения неблагоприятных факторов среды [3], нами была изучена их активность в хвое некоторых хвойных ин-тродуцентов, произрастающих в различных районах г. Йошкар-Олы.
К важнейшим функциям пероксида-зы относят защиту организма от вредного действия перекисей, которые образуются в условиях загрязнения окружающей среды кислыми газами. Их образование и накопление обуславливает субстратную активацию пероксидазы, которая при каталитическом действии может использовать органические перекиси в качестве источника активного кислорода [5].
Пероксидаза довольно чувствительна к комплексу загрязняющих атмосферу веществ, и возрастание ее активности может свидетельствовать о проявлении защитных реакций тканей в неблагоприятных условиях. Активность пероксидазы является удобным индикатором для выявления газодымового стресса [6].
В ходе экспериментальных исследований было установлено, что наименьшая активность пероксидазы характерна хвое интродуцентов, произрастающих в парковой зоне (рис. 1). Минимальная активность фермента выявлена в хвое особей вида J. sabina - 1,24 ± 0,06 ДДб70г-1с-1, в хвое P. pungens она была в 4,7 раза больше, а в хвое
□ J sabina Q T. occidentalis ■ P. pungens
1 2 3
Рис. 1 - Изменение активности пероксидазы в хвое некоторых хвойных интродуцентов
1 - ЦПКиО им. ХХХ-летия ВЛКСМ; 2 - ул. Машиностроителей; 3 - ул. Строителей
Рис. 2 - Изменение активности каталазы в хвое некоторых хвойных интродуцентов
1 - ЦПКиО им. ХХХ-летия ВЛКСМ; 2 - ул. Машиностроителей; 3 - ул. Строителей
T. occidentalis достигала 6,8 Д670г-1с-1. В хвое всех исследованных видов, произрастающих в селитебной зоне города активность пероксидазы увеличилась по сравнению с предыдущим районом исследования на 27 - 64 %. В загрязненной зоне города активность данного фермента в хвое была максимальной у всех изученных видов и достигала 8,75 ± 0,179 ДД670г-1с-1. При этом у P. pungens и T. occidentalis во всех районах исследования пероксидазная активность была
максимальной.
Двухфакторный дисперсионный анализ показал, что взаимодействие факторов (первый фактор - вид, второй фактор - район исследования) высоко значимо (F=7,36; p<10-4).
Известно, что каталаза проявляет умеренную пе-роксидазную активность, то есть катализирует реакции окисления различных доноров электронов перекисью водорода [3], однако ее активность существенно возрастает в зависимости от качества окружающей среды.
В ходе наших исследований в хвое изученных видов, произрастающих в ЦПКиО им. ХХХ-летия ВЛКСМ, уровень активности каталазы был наибольшим: у J. sabina - 3,94 ± 0,192 млО2т-1^мин-1, у P. pungens -1,72 ± 0,098г-1-мин-1, у T. occidentalis - 1,98 ± 0,174 млО2т-имин-1). Активность данного фермента у растений, произрастающих в селитебной зоне города, снижалась в
I, 2-1,5 раз (рис. 2).
В хвое растений промышленной зоны города активность каталазы существенно снижалась у особей
J. sabina - в 2,7 раза. У особей P. pungens и T. occidentalis инактивация данного фермента снижалась в 1,5-1,7 раза. Проведенный двухфакторный дисперсионный анализ показал, что взаимодействие факторов (первый фактор - вид, второй фактор - район исследования) высоко значимо (F=32,77; p<10-4).
Статистическая обработка данных с помощью корреляционного анализа позволила выявить наличие зависимости между
□ J. sabina И T. occidentalis ■ P. pungens
такими параметрами, как активность пе-роксидазы и активность каталазы в хвое исследуемых видов, произрастающих в различных районах исследования (rs=0,88-0,95;
p<10-4).
Известно, что с повышением активности пероксидазы ее оксидазные свойства значительно усиливаются, при этом вследствие действия кислотогенных загрязнителей может преобладать функционирование пероксидазы в качестве терминальной оксидазы. Именно в кислой среде происходит ингибирование активности каталазы, а адаптивная перестройка окислительного аппарата в сторону активации пероксидазы препятствует нарушению дыхательного процесса, что позволяет растениям поддерживать уровень окислительно-восстановительных процессов на относительно стабильном уровне.
Выводы
Таким образом, при увеличении антропогенного загрязнения среды происходило существенное увеличение активности пероксидазы; именно в промышленной зоне города наблюдалось значительное подавление каталазной активности. Это может свидетельствовать о функционировании компенсаторного механизма активации пе-роксидазы, способствующего разрушению перекиси водорода в условиях повышенного антропогенного загрязнения. Максимальная активация пероксидазы и инактивация каталазы в условиях г. Йошкар-Олы наблюдалась в хвое J. sabina, что позволяет заключить о более высокой чувствительности данного интродуцированного вида атмосферным загрязнителям.
Библиографический список
1. Экологическая оценка городской среды: учебное пособие / Е.А. Алябышева, Е.В. Сарбаева, О.Л. Воскресенская, В.С. Воскресенский. - Йошкар-Ола, 2013. - 96 с.
2. Старикова, Е.А. Изменение проницаемости клеточных мембран ели колючей (Picea pungens Engelm.) в условиях г. Йошкар-Олы / Е.А. Старикова, Е.В. Сарбаева // Принципы и способы сохранения биоразнообразия. Материалы докладов V Международной научной конференции (в 2 частях).
- Йошкар-Ола: Map. гос. ун-т, 2013. - Часть
2. - С. 55-58.
3. Воскресенская, О.Л. Большой практикум по биоэкологии: учебное пособие. Часть 1 / О.Л. Воскресенская, Е.А. Алябышева, М.Г. Половникова. - Йошкар-Ола: Мар. гос. ун-т; 2006. - 107 с.
4. Воскресенская, О.Л. Эколого-физиологические адаптации туи западной (Thuja occidentals L.) в городских условиях: монография / О.Л. Воскресенская, Е.В. Сарбаева.
- Йошкар-Ола: МарГУ, 2006. - 130 с.
5. Неверова, О.А. Использование активности пероксидазы для оценки физиологического состояния древесных растений и качества атмосферного воздуха г. Кемерова / О.А. Неверова // Сибирский ботанический журнал. - 2001. - № 2. - С. 122-128.
6. Симонова, З.А. Активность пероксидазы Betula pendula как индикатор качества городской среды (на примере г. Саратова) /
3. А. Симонова, Д.А. Чемаркин // Фундаментальные исследования. Биологические науки. - 2013. - № 8. - С. 1097-1101.
