CC BY
106
Journal of Stress Physiology & Biochemistry, Vol. 5, No. 1-2, 2009, pp. 16-31 ISSN 1997-0838 Original Text Copyright © 2009 by Kolesnichenko V. V.
ORIGINAL ARTICLE
THE INFLUENCE OF HIGH Cd CONCENTRATIONS ON WINTER WHEAT (Triticum aestivum L.) AND CANOLA (Brassica napus L.)
ETIOLATED SHOOTS
Kolesnichenko V.V.
Timiryazev Institute of Plant Physiology, Moskow, Russia
Received September 20, 2008
ABSTRACT
The influence of high CdCl2 concentrations on winter wheat (Triticum aestivum L.) and canola (Brassica napus L.) etiolated shoots was studied. It is shown that if in canola high Cd concentrations caused full inhibition of weight and length increase of shoots, in wheat these Cd concentrations caused less effect. The influence of high Cd concentrations on lipid peroxidation in wheat in canola differs too. If in canola Cd treatment caused the increase of lipid peroxidation rate, in wheat in most wariants this treatment caused the decrease of lipid peroxidation rate. The very high peroxidase activity in wheat may be an important part of Cd-resistance mechanism in wheat shoots.
Key words: Triticum aestivum L; Brassica napus; catalase; peroxidase; Lipid peroxidation; Cd influence.
ORIGINAL ARTICLE
Изучение влияния разных концентраций кадмия на этиолированные проростки пшеницы (ТгШсыш aestivum L.) и рапса
(Brassica парт)
Колесниченко В.В.
Институт Физиологии растений им. К.А. Тимирязева Российской Академии наук. Москва.
Поступила в редакцию 20 сентября 2008
Изучено влияние высоких концентраций CdCl2 на этиолированные проростки пшеницы (ТгШсит aestivum L) и рапса (Brassica парт L). Установлено, что, если у рапса высокие концентрации кадмия сразу практически полностью ингибируют увеличение веса и роста проростков, то у пшеницы этот эффект выражен в гораздо меньшей степени. Различается и влияние кадмия на процессы перекисного окисления липидов, причем, если у рапса в целом кадмий вызывал интенсификацию процессов ПОЛ, то у пшеницы в большинстве вариантов кадмий вызывал снижение интенсивности процессов ПОЛ. На порядок более высокая активность пероксидазы пшеницы по сравнению с пероксидазой рапса является одним из важных механизмов устойчивости пшеницы к действию токсиканта.
Ключевые слова: ТгШсит ае&'^ит Ь; Вга&'&чса парш; каталаза; пероксидаза; ПОЛ; влияние кадмия
В настоящее время вопросы загрязнения окружающей среды, связанные, в первую очередь, с деятельностью человека, приобретают особое значение. В условиях современного роста городов, промышленного строительства и развития автотранспорта происходит загрязнение среды обитания некоторыми тяжелыми металлами, которые наиболее для организмов растений и животных при концентрации 10-5 М и выше (Кузнецов, Дмитриева, 2005). Их высокая опасность для экосистем и здоровья человека была неоднократно показана во многих работах (Stolt et all, 2006 House et all, 2003). В связи с этим, особый интерес для экологофизиологических исследований представляет кадмий, относящийся к металлам первого класса опасности, содержание которого в почвах
колеблется между 0,07 и 1,1 мг/кг и определяется химическим составом материнских пород (Ilg et all, 2004). При этом все более высокие обнаруженные значения (Ilg et all, 2004; Rodriguez et all, 2009) свидетельствуют об антропогенном вкладе в накопление кадмия в верхнем слое почв. Известно, что ежегодно в атмосферу выбрасывается свыше 25 тыс. т кадмия. С атмосферными осадками и пылью на поверхность почвы в России ежегодно выпадает 1,9-5,4 г/га кадмия, что может представлять опасность для всего растительного сообщества (Ilg et all, 2004). При этом имеются данные, что загрязнение почвы кадмием может значительно превышать приведенные средние цифры (Rodriguez et all, 2009).
Показано, что кадмий снижает поглощение кислорода корнями и изолированными клетками табака. Он ингибирует транспорт электронов и протонов в митохондриях, что может приводить к нарушению работы электронно-транспортной цепи. Кадмий ингибирует активность ключевых ферментов гликолиза и пентозофосфатного окислительного пути, нарушает водный статус и рост растения (Belimov et all, 2003). Однако известно, что растения, оказываясь в резко измененной человеком среде произрастания, и даже не имея механизмов специфической защиты к этим металлам, встают на преадаптивный путь обеспечения устойчивости и более или менее успешно произрастают в этих условиях. Кроме того, преадаптационная концепция устойчивости растений к антропогенным факторам основана на фактах способности отдельных структур растительного организма выполнять новые защитные функции без ущерба для первоначальной функции (Усманов и др., 2001). В настоящее время известны ряд конститутивных механизмов устойчивости к тяжелым металлам (БТШ, лиганды, фитохелатины, металлотионеины и др.), позволяющих растениям аккумулировать токсичные элементы в метаболически инертных органах и органеллах или включать их в хелаты и тем самым переводить в физиологически безопасные формы (Lindberg et all, 2007; Groppa et all, 2006 ; Stolt et all, 2006). К сожалению, единого механизма, обеспечивающего устойчивость растения к нескольким тяжелым металлам, не существует.
Ранее было показано, что токсическое воздействие тяжелых металлов вызывает образование активных форм кислорода в любой клетке, испытывающей состояние окислительного стресса, и вызывают денатурацию белков, повреждение нуклеиновых кислот, а также перекисное окисление липидов (ПОЛ) (Mediouni et all, 2006: Jin et all, 2008).
Считается, что такой продукт ПОЛ, как малоновый диальдегид (МДА) может быть использован как биологический индикатор у растений при токсичном воздействии кадмия и других тяжелых металлов (Mediouni et all, 2006; Jin et all, 2008). Кроме того известно, в разных растениях и при разных стрессах используются одни и те же механизмы защищающие их от АФК, которые включают в себя такие ферменты как каталазу, глутатионпероксидазу,
супероксиддисмутазу и др. (Grant at al., 1997).
Поскольку, кадмий является сравнительно новым элементом для биосферы, содержание которого в окружающей среде связан в первую очередь с деятельностью человека, и остаются до конца не изучены общие механизмы защиты растений от их токсичного воздействия, то целью данной работы было изучение токсичного влияния высоких концентраций солей кадмия на пшеницу (Triticum aestivum L) и рапс (Brassica napus), в частности, исследовать влияние высоких концентраций кадмия на процессы ПОЛ и накопление МДА в этиолированных проростках пшеницы и рапса, а также определить активность антиокисидантных ферментов каталазы и пероксидазы в этих условиях.
Материалы и методы
Получение растительного материала. В
работе были использованы этиолированные проростки рапса (Brassica napus, сорт «Ратник») и пшеницы (Triticum aestivum L., сорт «Московская 69»).
Для получения этиолированных проростков семена рапса и пшеницы тщательно промывали в мыльном растворе, обрабатывали в слабом растворе марганцовки и оставляли для набухания при комнатной температуре в течение 1 — 2 часа. Затем семена раскладывали в кюветы на влажную фильтровальную бумагу и проращивали в термостате при 26 0С от 3 до 21 дня.
Для изучения влияния солей кадмия на рост растений, уровень перекисного окисления липидов, активности каталазы и пероксидазы в разложенные на фильтровальной бумаге в кюветах семена пшеницы и рапса добавляли раствор CdCl2 в диапазоне концентрации от 0,5 до 7.5 мМ.
Определение активности ПОЛ по содержанию МДА. Об изменении интенсивности ПОЛ судили по содержанию вторичного продукта ПОЛ — МДА с помощью метода Costa с соавторами (2002). Метод основан на том, что при высокой температуре в кислой среде МДА реагирует с 2 — ТБК, образуя розовый
триметиловый комплекс с максимум поглощения при 535 нм (Costa et all, 2002).
Для проведения эксперимента брали 250 мг этиолированных проростков пшеницы, рапса и и гомогенизировали с 4 мл 20% трихлоруксусной кислотой (ТХУ), с последующим центрифугированием в течение 20 мин при 8000 об/мин. Затем к 1 мл реакционной смеси добавляли 4 мл 0.5% ТБК, приготовленной в 20% ТХУ, и в течение 30 мин кипятили при 950С на водяной бане, с последующим охлаждением. После охлаждения исследуемые пробы центрифугировали в течение 12 мин при 8000 об/ мин. Измерение оптической плотности (Е) проб проводили на фотоколориметре «КФК — 2» при длине волны 532 нм и 600 нм. Затем рассчитывали содержание МДА: Емда=Е532 - E600; С=Емда/ЕЪ, где С — концентрация МДА; Емда — оптическая плотность; L — длина луча (для КФК — 2 = 1см); E — коэффициент молярной экстинкции МДА (155 мМ-1 • см-1).
Определение активности каталазы. При
определения активности каталазы исследуемых растений использовали метод Королюк, основанный на способности перекиси водорода образовывать с солями молибдена стойкий окрашенный комплекс (Королюк и др., 1988).
Для этого реакцию запускали добавлением 0,1 мл растительного гомогената к 2 мл 0,03% раствора перекиси водорода. В качестве контрольной пробы использовали 0,1 мл дистиллированной воды. Реакцию останавливали через 10 мин добавлением 4% молибдата аммония. Затем измеряли интенсивность окраски на фотоколориметре «КФК — 2» при длине волны 410 нм против контрольной пробы, в которой вместо перекиси водорода вносили 2 мл воды. Расчет измерений проводили следующим образом:
Е=(Ак — Ла)^х V•х t х к х-р (мкат/л).
где Е — активность каталазы в мкат/л; Л — оптическая плотность контрольной и опытной проб; V — объем вносимой пробы, 0,1 мл; t — время инкубации, 600 сек; к — коэффициент миллимолярной экстинции перекиси водорода,
равный 22,2*103. мМ'
*см.
1. За единицу
активности каталазы принимали то количество фермента, которое участвует в превращении 1 мкат перекиси водорода за 1 сек при заданных условиях.
Определение активности пероксидазы.
Определение пероксидазной активности
проводили с помощью метода Н.и Ве^теуег (1974). Измерение проводили на фотоколориметре «КФК — 2» при длине волны 436 нм. В качестве контроля использовали дистиллированную воду.
Регистрирование скорости увеличения
активности в пробах проводили, используя линейную пропорцию кривой после первоначальной лаг фазы.
Результаты
Рапс (Brassica napus,сорт «Ратник»)
Влияние кадмия на рост и вес рапса. При изучении влияния кадмия на этиолированные проростки рапса (Brassica napus) проводили отбор проб каждые 7 суток на протяжении 21 дня. В качестве контроля использовали JOURNAL OF STRESS PHYSIOLOGY & BIOCHEMISTRY Vol. 5 No. 1-2 2009
-1
этиолированные проростки рапса, не
подвергшиеся воздействию кадмия. В
экспериментах были использованы следующие концентрации кадмия — 0,5; 1; 2.5; 5; 7,5 мМ. К концу четвертой недели эксперимента
наблюдалась практически полная гибель проростков при всех использованных концентраций кадмия.
В ходе экспериментов было обнаружено, что в течение первых 7 суток проращивания
проростков рапса, кадмий оказывал на них слабое воздействие (рис. 1). При этом, разница в весе контрольных этиолированных проростков и
проростков рапса, подвергнутых действию максимальной использованной концентрации кадмия 7,5 мМ, составляла около 30%. В тоже время, в ходе дальнейшего выращивания проростков до 14 суток, вес контрольных проростков увеличивался, а вес
экспериментальных проростков рапса, подвергнутых максимально использованной концентрации кадмия, практически затормозился на том же значении. В результате, на 21 сутки проращивания разница в весе между контрольным и опытным вариантами рапса составляла уже более 80% (рис 1).
Рис. 1. Вес проростков рапса на 7, 14 и 21 сутки эксперимента. Вес 10 замоченных зерен рапса составляет 210 + 10 мг.
Визуально воздействие от 0,5 мМ до 7,5 мМ ингибировало рост (Рис. 2) и в появлении у
кадмия заключалось в ингибировании роста проростков различных отклонений в развитии.
этиолированных проростков рапса , причем уже воздействие 5 мМ CdQ2 практически полностью
Рис. 2 Средняя длина контрольных проростков рапса и проростков рапса, экспонированных 5 мМ СёС12.
Перекисное окисление липидов в проростках рапса
Отбор проб проводили каждые 7 суток на протяжении 21 дня. Как видно из рис 2, в течение этого промежутка времени в контрольном варианте рапса наблюдалось равномерное уменьшение содержания МДА и, соответственно, снижение интенсивности процессов ПОЛ в ходе роста проростков.
В то же время, у 7 — суточных исследуемых проростков рапса в присутствии кадмия в концентрации от 1 до 5 мМ в среде, вызывало снижение активности реакции перекисного окисления липидов. Увеличение содержания МДА в экспериментальной пробе по сравнению с контролем наблюдалось только при концентрации
7,5 мМ в среде.
При исследовании длительного влияния кадмия от 0,5 мМ до 7,5 мМ на 14 — суточные проростки рапса, было зафиксировано увеличение интенсивности процессов ПОЛ по сравнению с контрольными проростками при всех изученных концентрациях. Необходимо отметить, что интенсивность ПОЛ при 1 мМ в среде была выше, чем при 2,5 мМ.
У 21 — суточных проростков рапса
происходило дальнейшее снижение
интенсивности ПОЛ в контрольном варианте и некоторый рост накопления МДА при
концентрации 1 мМ. В точках 2,5 мМ, 5 мМ и 7,5 мМ накопление МДА по сравнению с двухнедельными проростками снижалось, хотя и оставалось выше, чем в контрольном варианте.
Таким образом, с увеличением возраста проростков рапса происходило увеличение
накопление МДА уже при минимальной
использованнои концентрации кадмия, при этом JOURNAL OF STRESS PHYSIOLOGY & BIOCHEMISTRY Vol. 5 No. 1-2 2009
накопление МДА при максимальной у проростков рапса при этой концентрации
использованной концентрации кадмия на 14 сутки накопление МДА значительно снижалось (рис. 3).
роста несколько повышалось по сравнению с первой неделей роста, а на 21 сутки эксперимента
Рис. 3 Накопление МДА в проростках рапса в зависимости от концентрации кадмия в среде.
Активность пероксидазы
При определении активности пероксидазы в этиолированных проростках рапса, было обнаружено, что, ферментативная активность всех исследуемых проростков находилась в пределах 0,1 — 0,3 условных единиц (у.е.). При этом пероксидазная активность у контрольных 8
— суточных проростков составляла около 0,2 у.е. (рис. 4). У 15 — суточных контрольных
проростков, по сравнению с 8 — суточными, активность пероксидазы возрастала до 0,25 у.е., а в дальнейшем, у 22 — суточных проростков рапса, происходило снижение ее активности.
В присутствии кадмия в точках 1 мМ и 2,5 мМ, у 8 — суточных этиолированных проростков
происходило довольно значительное снижение активности пероксидазы. В то же время, при воздействии более высоких концентраций кадмия (5 мМ и 7,5 мМ) отмечался рост активности пероксидазы по сравнению с контролем. При этом, максимум активности пероксидазы соответствовал 5 мМ содержания кадмия в среде (рис. 4).
Действие высоких концентраций кадмия на 15
— суточные этиолированные проростки рапса на активность пероксидазы было гораздо менее выражено, чем у 8 — суточных проростков. Во всех вариантах опыта активность пероксидазы составляла 0,2 - 0,25 у.е. (Рис. 4).
У 22 — суточных проростков, при
концентрации 1 мM кадмия в среде активность пероксидазы практически не менялась по сравнению с 1З — суточными проростками. Более высокие концентрации кадмия в среде вызывали уменьшение активности пероксидазы, особо заметное при 2,З мИ кадмия в среде.
В целом, при увеличении возраста проростков рапса до 21 суток выращивания максимум активности пероксидазы смещался из области высоких концентраций кадмия в область низких концентраций (рис. 4)
Рис. 4 Aктивность гваякол-пероксидазы проростков рапса в зависимости от концентрации кадмия
Активность каталазы
При определении влияния кадмия на активность каталазы в этиолированных проростках рапса было обнаружено, что, если в контрольных проростках наблюдалось падение активности каталазы при увеличении возраста, то в экспериментальных проростков на 6-е и 10-е сутки проращивания происходит падение активности каталазы (рис. ), с последующим ростом ее активности на 15-е сутки выращивания и повторным падением на 21-е сутки выращивания (рис. 5).
При этом, как видно из рис 5, у 7 — суточных проростков, наиболее сильно активность каталазы ингибировали более низкие концентрации кадмия в среде. При этом, при воздействии на растения высоких концентраций кадмия, активность каталазы в исследуемых проростках практически не менялась с 7 по 15 сутки, значительное падение отмечалось только на 21-е сутки эксперимента.
Необходимо отметить, что на 15-е сутки эксперимента активность каталазы в присутствии кадмия в среде была даже выше, чем у
контрольных проростков. Однако на 21-е сутки эксперимента в вариантах в присутствии кадмия активность каталазы у оставшихся в живых
проростков понизилась практически до нуля (рис.
5 ).
Рис. 5. Активность каталазы в проростках рапса при разных концентрациях СёС12 в среде.
Таким образом, активности пероксидазы и каталазы в этиолированных проростках рапса при наличии высоких концентраций кадмия в среде в течение длительного времени сохраняются на достаточно высоком уровне. При этом максимальная активность пероксидазы и каталазы смещаются в область более низких концентраций кадмия. В то же время уровень активности этих ферментов недостаточен для препятствования интенсификации процессов перекисного окисления липидов, в связи с чем накопление МДА в вариантах с высоким содержанием кадмия в среде значительно превышает его накопление в контрольных проростках того же возраста.
Изучение влияния разных концентраций кадмия на пшеницу (Triticum aestivum)
При изучении влияния кадмия на этиолированные проростки пшеницы отбор проб проводили на 6-е, 10-е и 14-е сутки
проращивания.
В ходе экспериментов, было установлено, что в течение первых 6 суток проращивания присутствие кадмия оказывало на проростки пшеницы очень сильное ингибирующее воздействие. Как видно из рис. 6, по сравнению с контрольными проростками у опытных проростков, подвергнутых максимальной использованной концентрации кадмия, наблюдалась разница в весе более чем в 3 раза. При этом надо отметить, что, в отличие от рапса, при дальнейшем выращивании вес контрольных проростков пшеницы практически не менялся, а
вес проростков всех опытных вариантов, начиная с минимальной и вплоть до максимальной использованной концентрации кадмия за период с 6 — по 10 сутки выращивания увеличился. Это
увеличение веса этиолированных проростков пшеницы в экспериментальных вариантах с присутствием кадмия наблюдалось и при дальнейшем выращивании до 14 суток (рис. 6).
800
700
600
500
400
300
200
100
—♦—6 сут 11 cyr 14 сут
'
0,5
1.5
2.5
3.5 4
Cd, мМ
4.5
5.5
6.5
7.5
Рис. 6 Вес 10 проростков пшеницы в зависимости от концентрации кадмия, мг.
Интересно отметить, что кадмий оказывал несколько меньшее ингибирующее действие на увеличение длины проростков (рис.7) чем на увеличение их массы (рис.:6). Если масса контрольных проростков и проростков, выращенных при концентрации кадмия 5 мМ, составляла около 50%, то разница в их длине составляла около 36%.
ингибировании роста проростков, снижение биомассы, уменьшение тургора, наблюдались различные внешние анатомические нарушения, и, наконец, гибель проростков.
Перекисное окисление липидов в проростках пшеницы
Отбор проб для измерения интенсивности процессов перекисного окисления липидов по накоплению МДА проводили на 6-е, 10-е и 14-е сутки выращивания.
Визуально токсичное воздействие кадмия на этиолированные проростки пшеницы, так же как и у проростков рапса, заключалось в
В ходе эксперимента установлено, что у интенсивность процессов ПОЛ одинаково, а к 14
контрольных 6 и 10 суточных проростков суткам наблюдается снижением активности ПОЛ
пшеницы содержание МДА и, следовательно, (рис. 8).
Рис. 7. Влияние 5 мМ CdCl2 на длину проростков пшеницы.
В сравнении с контрольными пробами, у 6 — суточных проростков присутствие кадмия в среде при низких использованных концентрациях вызывало увеличение активности ПОЛ. Вместе с тем, при воздействии высоких концентраций кадмия на исследуемые проростки наблюдали отсутствие увеличения накопления МДА, что свидетельствует о том, что интенсивность ПОЛ в опытных проростках не превышает уровня ПОЛ в контроле.
Как видно из рис. 8, у 10 — суточных этиолированных проростков, выращенных при всех использованных концентрациях кадмия, происходило снижение интенсивности ПОЛ как
по сравнению с контролем, так и по сравнению с
6 суточными проростками.
У 14 — суточных проростков пшеницы, присутствие кадмия в среде приводило к дальнейшему снижению уровня интенсивности ПОЛ по сравнению как с контролем, так и с 10 — суточными проростками. (рис. 8).
Таким образом, с увеличением возраста этиолированных проростков пшеницы, выращенных в условиях действия от 0,5 мМ до
7,5 мМ кадмия в среде более 6 суток, наблюдали, в отличие от проростков рапса Brassica парш, у которых отмечался рост интенсивности процессов ПОЛ (рис. 3), отмечалось снижение
интенсивности образования продуктов ПОЛ (рис.8).
Рис. 8 Накопление МДА в проростках пшеницы в зависимости от концентрации кадмия.
Активность пероксидазы
При определении активности пероксидазы в проростках пшеницы (ГгШсит ае^'^ит L) было установлено, что у контрольных проростков и у 6 —, 10 — и 14 — суточных проростков
пероксидазная активность различалась незначительно и находится в пределах 1,3 — 1,5 у.е. (Рис. 9), что в 7 раз выше, чем в контрольных проростках рапса (Рис. 4)..
Как видно из рисунка 9, у 6 — суточных проростков активность пероксидазы при всех использованных концентрациях кадмия возрастала. При этом, у проростков, выращенных при концентрации кадмия в среде от 0,5 до 7,5
мМ, активность пероксидазы была выше, чем у контрольных проростков и находилась в пределах 2,0 — 2,5 у.е. (Рис. 9),
При этом, у 10 — суточных проростков максимум активности в абсолютных цифрах значительно превышал таковой у 6 — суточных проростков и был также значительно выше, чем в контрольных проростках.
У 14 — суточных проростков максимум активности, наблюдавшийся у 10 - суточных при более высокой концентрации кадмия, исчезал и максимальные значения активности пероксидазы отмечались уже при низких концентрациях кадмия в среде (рис 9 ).
Рис. 9. Активность пероксидазы в проростках пшеницы в зависимости от концентрации кадмия.
В результате анализа полученных данных, можно утверждать, что при увеличении возраста проростков пшеницы активность пероксидазы возрастала, причем максимум ее активности с возрастом смещался в область более низких концентраций кадмия. Сравнивая данные по накоплению МДА и активности пероксидазы можно предположить, что достаточно низкий уровень накопления МДА под действием кадмия у пшеницы коррелирует с высокой активностью пероксидазы.
Активность каталазы
При определении каталазной активности у этиолированных проростков пшеницы, находящихся под воздействием от 0,5 мМ до 7,5 мМ кадмия в среде в период их выращивания обнаружили, что, в отличие от проростков рапса, у контрольных проростков пшеницы с возрастом наблюдается повышение активности фермента.
Как видно из рисунка 10 у 7 — суточных проростков уже концентрации от 0,5 мМ до 1 мМ кадмия вызывали значительное ингибирование активность по сравнению с контрольными проростками. Дальнейшее увеличение
содержания кадмия до 7,5 мМ приводило к дальнейшему снижению активности данного фермента в исследуемых проростках (рис. 10).
У 10 — суточных проростков, все
использованные концентрации кадмия также вызывали резкое снижение активности каталазы. При этом, активность каталазы в контрольных 10-суточных проростках была выше, чем у 7 -суточных контрольных проростков.
При исследовании 14 — суточных проростков пшеницы, рост, которых в это время был практически угнетен действием на них кадмия, обнаружили, что у проростков при действии на них от 0,5 мМ кадмия, активность каталазы была даже несколько выше, чем у контрольных
проростков, хотя это различие и не было статистически достоверно. При действии больших концентраций кадмия, активность
каталазы резко падала практически до
соответствующих значений у 10-суточных
проростков.
Рис. 10 Aктивность каталазы в проростках пшеницы в зависимости от концентрации кадмия.
Таким образом, на основании полученных результатов можно сделать вывод, что, в отличие от пероксидазы, уже в присутствии небольших концентраций кадмия в исследуемых растениях происходит ингибирование активности каталазы. При этом, при возрастании концентрации кадмия, ферментативная активность у всех экспериментальных проростков падает.
В целом, сравнивая влияние кадмия на этиолированные проростки рапса и пшеницы можно отметить, что оно в значительной степени отличается даже по влиянию на рост и развитие. Если у рапса высокие концентрации кадмия сразу практически полностью ингибировали увеличение веса и роста проростков, то у пшеницы этот эффект воздействия кадмия был
выражен в гораздо меньшей степени. Также различалось и влияние кадмия на процессы перекисного окисления липидов. Более того, картина накопления МДА у рапса и пшеницы были противоположны. Если у рапса в целом кадмий вызывал интенсификацию процессов ПОЛ, то у пшеницы наблюдалась обратная картина - в большинстве вариантов кадмий вызывал снижение интенсивности процессов ПОЛ.
При этом, если у рапса активность гваякол-пероксидазы в большинстве вариантов опыта либо не менялась, либо падала по сравнению с контролем, то у пшеницы активность гваякол-пероксидазы росла в присутствии кадмия во всех вариантах опыта. Так же по разному изменялась с
возрастом у рапса и пшеницы активность каталазы. Если у контрольных проростков рапса активность каталазы падала, а обработка кадмием вызывала сначала рост активности, а только в конце эксперимента - ее падение, то у контрольных проростков пшеницы отмечался рост активности каталазы с возрастом, при этом обработка солями кадмия вызывала падение ее активности практически во всех вариантах эксперимента.
Интересно отметить, что устойчивость пшеницы в проведенных экспериментах к токсическому действию кадмия была близка к таковой ячменя и представителей семейства Poaceae, определенной Титовым с соавторами
Литература
Васин A.E. (2007) Токсичность некоторых тяжелых металлов для инфузорий рода
Paramecium Вестник СамГУ -
Естественнонаучная серия. №8 (58). 286293
Королюк М. А., Иванова Л. И., Майорова И. Г., Токарев В. Е. (1988) Метод определения активности каталазы // Лабораторное дело. №1. 16-19.
Кузнецов Вл. В., Дмитриева Г.А., (2005)
Физиология растений, Москва, «Высшая школа», 736 с.
Титов А.Ф., Казнина Н.М., Шалыго Н.В., Радюк М.С., Будакова Е.А., Лайдинен Г.Ф., Таланова В.В., Таланов А.В., Венжик Ю.В., Батова Ю.В. (2008) Устойчивость растений семейства POACEAE к кадмию // Фундаментальные и прикладные проблемы ботаники в начале XXI века: Материалы все-росс. конф. (22-27 сентября 2008 г.). Часть 6: Экологическая физиология и биохимия растений. Интродукция растений. Петрозаводск: КарНЦ РАН 129-131.
(Титов и др., 2008). При этом более высокую устойчивость пшеницы к воздействию кадмия по сравнению с рапсом можно связать с более чем в 10 раз высокой активностью пероксидазы.
Таким образом, на основании полученных данных можно сделать следующие выводы. Прежде всего, пшеница гораздо более устойчива к действию сверхвысоких концентраций кадмия, чем рапс, при этом в присутствии солей кадмия у нее происходит более низкое накопление продуктов перекисного окисления липидов. На порядок более высокая активность пероксидазы пшеницы по сравнению с пероксидазой рапса является одним из важных механизмов устойчивости пшеницы к действию токсиканта.
Усманов И.Ю., Рахманкулова З.Ф., Кулагин А.Ю. (2001) Экологическая физиология растений. Москва, «Логос», 224
Храпова Н.Г. О взаимодействии природных и синтетических антиоксидантов (1982) Биоантиокислители в регуляции метаболизма в норме и патологии. М., С. 59-73.
Belimov, A.A, Safronova, V.I., Tsyganov, V.E., Borisov, A.Y., Kozhemyakov, A.P., Stepanok, V.V., Martenson, A.M., Gianinazzi-Pearson, V., Tikhonovich, I.A. (2003) Genetic variability in tolerance to cadmium and accumulation of heavy metals in pea (Pisum sativum L.) Euphytica 131, 1, Pages 25-35
Bergmeyer H.U: (1974) Methods of Enzymatic Analysis 1, Academic Press, New York, 2nd Edition, page 495
Bergmeyer HU. (1974) Reagents for enzymatic analysis. In: Methods of Enzymatic Analysis Vol I. (Eds: Bergmeyer HU, Gawehn K) Verlag Chemie, Weinheim 494-495.
Costa, H., Gallego, S.M., Tomaro, M.L. (2002) Effect of UV-B radiation on antioxidant
defense system in sunflower cotyledons Plant Science 162 (6), 939-945
Grant Ch. M., MacIver F.H., Dawes I.W. (1997) Mitochondrial function is required for resistance to oxidative stress in the yeast Saccharomyces cerevisiae FEBS Letters, 410. 219-222.
Groppa MD, Tomaro ML, Benavides MP. (2006) Polyamines and heavy metal stress: the antioxidant behavior of spermine in cadmium-and copper-treated wheat leaves. Biometals.
Oct 27; [Epub ahead of print]
House WA, Hart JJ, Norvell WA, Welch RM. (2003) Cadmium absorption and retention by rats fed durum wheat (Triticum turgidum L. var. durum) grain. Br JNutr. 89 (4):499-508.
Ilg, K., Wilcke, W.,, Safronov, G., Lang, F., Fokin,
A., Kaupenjohann, M. (2004) Heavy metal distribution in soil aggregates: A comparison of recent and archived aggregates from Russia Geoderma 123, 1-2, 153-162
Jin, X., Yang, X., Islam, E., Liu, D., Mahmood, Q. (2008) Effects of cadmium on ultrastructure and antioxidative defense system in hyperaccumulator and non-hyperaccumulator ecotypes of Sedum alfredii Hance Journal of Hazardous Materials 156, 1-3, 387-397
Lars, J. (2003) Hazards of heavy metal contamination
British Medical Bulletin. 68. 1. 167-182.
Lindberg S, Landberg T, Greger M. (2007) Cadmium uptake and interaction with phytochelatins in wheat protoplasts. Plant Physiol Biochem.45 (1):47-53.
Mediouni, C., Benzarti, O, Tray, B., Ghorbel, M.H., Jemal, F. (2006) Cadmium and copper toxicity for tomato seedlings Agronomy for Sustainable Development 26, 4, 227-232
Rodriguez, L., Ruiz, E., Alonso-Azcarate, J., Rincon,
J. (2009) Heavy metal distribution and chemical speciation in tailings and soils
around a Pb-Zn mine in Spain. Journal of Environmental Management 90, 2, 11061116
Stolt P., Asp H., Hultin S. (2006) Genetic variation in wheat cadmium accumulation on soils with different cadmium concentrations Journal of Agronomy and Crop Science 192 (3), 201208.
Webb, M. (1979) The Chemistry, Biochemistry and Biology of Cadmium. North-Holland Biomedical Press. Elsevier. 141-173.
