Окислительные проявления в растениях огурца и редиса при действии ионов никеля Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

ОКИСЛИТЕЛЬНЫЕ ПРОЯВЛЕНИЯ В РАСТЕНИЯХ ОГУРЦА И РЕДИСА ПРИ ДЕЙСТВИИ ИОНОВ НИКЕЛЯ*

И. Д. Михайлова, И. В. Егорова, А. С. Лукаткин

В статье рассматривается изменение скорости супероксидного анион-радикала и интенсивности перекисного окисления липидов у растений огурца и редиса при воздействии различных концентраций ионов никеля. Показано, что ионы 1чН2+ не оказали значительного отрицательного влияния на растения.

I

В последнее время условия жизни растений ухудшаются в связи с глобальными процессами на Земле как естественного, так и антропогенного происхождения. В связи с этим возрастает потребность в точной оценке адаптивного потенциала растений. Из антропогенных стрессоров существенное неблагоприятное воздействие на растения оказывают тяжелые металлы (ТМ) [1]. Наиболее опасными из них считаются Сс1, Си, РЬ, Сг, и их действие на растения достаточно хорошо изучено. Менее токсичный, но потенциально опасный № изучен слабее, хотя его действие на рост и физиологические процессы тоже бывает весьма ощутимым [3]. Данный металл является важным элементом питания растений, но в высоких дозах оказывает токсическое действие. Показано, что избыток никеля снижал митотическую активность в апексе корня кукурузы и нарушал целостность корневых меристем, а также ингибиро-вал рост корней и побегов у ряда растений

т.

Абиотические и биотические стрессы вызывают каскад ответных реакций растительной клетки, частью которого является окислительный взрыв. В результате усиления генерации активированных форм кислорода (АФК) в клетках растений возникает состояние окислительного стресса — изменение баланса между образованием АФК и активностью антиоксидантной защиты в пользу первого [4]. Последующие определяемые АФК процессы зависят от локализации, времени и уровня генерации АФК в ответ на стресс, а также от деятельности клеточных систем их инактивации [2].

В настоящее время развивается гипотеза, что избыточные дозы ТМ также вызывают окислительный стресс в клетках растений [1]. Так, в клетках растений пшеницы при

действии ТМ повышалось образование АФК [5]. Однако механизмы возникновения окислительного стресса в растениях при действии ТМ, как и последующие окислительные проявления, детально не выяснены. В связи с этим изучали влияние ионов Ni2+ на скорость генерации начальной АФК — супероксидного анион-радикала (02~) и интенсивность перекисного окисления липидов (ПОЛ) в молодых растениях огурца и редиса.

Растения огурца (Cucumis sativus L., сорт Единство) и редиса (Raphanus sativus L., сорт Красный великан) выращивали на воде в факторостатных условиях (освещенность 2 ООО лк, температура 28 °С, фотопериод 12 ч) на различных концентрациях NiS04 х х7Н20 (10 мкМ, 0,1 мМ, 1 мМ) до возраста 7 дней. После этого измеряли скорость генерации 02~ и интенсивность ПОЛ по методикам, приведенным в [2].

Определение скорости генерации 02~ в растениях при действии ионов Ni2+ показало, что у огурца она была на уровне контроля в большинстве вариантов, и лишь в самой малой концентрации ионов никеля (10 мкМ) была достоверно ниже контроля (рис. 1, а). В опыте с растениями редиса наблюдали повышение скорости генерации 02~ при всех использованных концентрациях по сравнению с контролем. Максимальное значение 02~ зафиксировано при концентрации 0,1 мМ, минимальное — при 1 мМ Ni2+в среде (рис. 1,6).

Интенсивность перекисного окисления липидов в семидневных проростках огурца при действии различных концентраций ионов никеля несколько возрастала при концентрациях 1 мМ и 0,1 мМ, но не при концентрации 10 мкМ (рис. 2, а); это свидетельствует об отсутствии негативного влияния низкой дозы Ni2+ в среде на растения огурца.

© И. Д. Михайлова, И. В. Егорова, А. С. Лукаткин, 2011

* Исследование выполнено при поддержке Министерства образования и науки РФ (АВЦП «Развитие научного потенциала высшей школы», проект 2.1.1/624).

10

ВЕСТНИК Мордовского университета | 2011 | -N? 4

В растениях редиса интенсивность ПОЛ при всех дозах ионов никеля в среде изменялась относительно контроля незначительно, достоверное уменьшение выявлено лишь при дозе 0,1 мМ №2+ в среде (рис. 2, б).

Очевидно, что ионы никеля (в изученных концентрациях) при длительном воздействии не оказали значительного отрицательного влияния на молодые растения редиса.

х о

К £ Я к £ £

о и

5х

Ч л

я ^

О о

О й

ф А

с -и

Л

н

§.я

£г а. о

¡а

и

200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0

1 мМ 0,1 мМ 10 мкМ

Вода

Концентрация металла

а

I £ О

* X

аз а

О .

8 65

О О

* £ о 2

Си у

и А

ы О

60

50

40

20

Ш. '••«

гШШ

ьюШуяш

V ОJ — Л*А« г

шшВ

шш

ШШВЯ

Вода 10 мкМ 0,1 мМ 1 мМ

Концентрация

6

Рис.1

Влияние различных концентраций ионов №2+ на скорость генерации суперрксидного анион-радикала в семядольных листьях семидневных проростков: а — огурца, б — редиса

и

о\ к Л § 5

п о

X 2

у 2*5

£ £. а .

ё1 "I

51

X ЗВ а> а;

Ь е; ЭЙ о

О

1 мМ ! 0,1 мМ 10 мкМ

Вода

Концентрация металла

а

2 ^ о ё

"I

X $ * £

а2,

2 « с о

иа " н £

О С О 5 X Ч

ос к

X

0>

о *

О

5 О

X »

X

3

8

1 0

Вода 10 мкМ 0,1 мМ 1 мМ

Концентрация б

Рис. 2

Влияние различных концентраций ионов №2+ на интенсивность перекисного окисления липидов в семядольных листьях семидневных проростков: а — огурца, б — редиса

Таким образом, проведенные опыты показали, что ионы никеля оказали более сильное воздействие на генерацию АФК в проростках редиса, чем на интенсивность ПОЛ — в проростках огурца. При этом можно видеть, что данный ион тяжелого

металла не вызвал существенного окислительного стресса в проростках огурца и редиса при длительном (7 суток) действии. Следовательно, ионы №2+ не оказали значительного отрицательного влияния на растения.

Серия 4Биологические Науки»

211

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Башмаков Д. И. Эколого-физиологические аспекты аккумуляции и распределения тяжелых металлов у высших растений / Д. И. Башмаков, А. С. Лукаткин. - Саранск : Изд-во Мордов. ун-та, 2009. - 236 с.

2. Лукаткин А. С. Холодовое повреждение теплолюбивых растений и окислительный стресс /

А. С. Лукаткин. - Саранск : Изд-во Мордёв. ун-та, 2002. - 208 с.

3. Лукаткин А. С. Цитокинин-подобные препараты ослабляют повреждения растений кукурузы ионами цинка и никеля / А. С. Лукаткин, Н. В. Грачева, Н. Н. Гришенкова // Физиология растений. - 2007. - Т. 54, № 3. - С. 432-439.

4. Пескин А. В. Окислительный стресс как критерий оценки окружающей среды / А. В. Пе-скин, С. Д. Столяров // Изв. РАН. Сер. Биологическая. - 1994. - Лг9 4. — С. 588-595.

5. Степанов М. Е. Окислительный стресс в растениях при действии тяжелых металлов свинца и цинка / М. Е. Степанов, А. С. Лукаткин // Вестн. Рос. воен.-мед. акад. - 2008. — № 3 (23), прил. 2, ч. 1. — С. 149.

Поступила 21.01.11.

ВЛИЯНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ И ТИДИАЗУРОНА НА ИНТЕНСИВНОСТЬ ПЕРЕКИСНОГО ОКИСЛЕНИЯ ЛИПИДОВ В РАСТЕНИЯХ ПШЕНИЦЫ

К. А. Сазанова, Д. И. Башмаков, А. С, Лукаткин

Изучено влияние синтетического регулятора роста тидиазурона и тяжелых металлов (ТМ) на перекисное окисление липидов (ПОЛ) в листьях ТпНсит аеьНьит Ь., интенсивность которого оценивали по накоплению продукта окисления — малонового диальдегида (МДА). Показано, что ТМ повышали содержание МДА в растениях пшеницы по сравнению с контролем. Обработка семян регулятором роста ти-диазуроном способствовала стабилизации состояния мембран, о чем свидетельствует снижение интенсивности ПОЛ в листьях пшеницы.

Тяжелые металлы (ТМ), среди которых особо значимы Си, N1, Ъп, РЬ, играют в жизни растений как положительную, так и отрицательную роль [1; 5]- В работах [2; 5] указывается на способность ТМ изменять состояние клеточных мембран. Известно также свойство тяжелых металлов индуцировать окислительный стресс и повреждение клеточных мембран, о степени которого можно судить по накоплению малонового диальдегида (МДА) [1; 6 — 7]. Загрязнение окружающей среды ТМ выступает важным внешним фактором, к которому растения эволюционно не приспособлены. Проникая в избытке в растительный организм, тяжелые металлы затрудняют ход метаболлических процессов, подавляют развитие, снижают продуктивность. Также они накапливаются в припо-

верхностном слое почвы, что приводит к нарушению ее плодородия и ухудшению качества растениеводческой продукции [1].

В настоящее время разрабатываются различные способы нейтрализации вредного для растений воздействия тяжелых металлов [5]. Все больший интерес представляют биологически активные вещества — регуляторы роста, которые применяются в качестве защиты и повышения устойчивости растений к биотическим и абиотическим факторам [5 — 6].

В работе мы исследовали действие ионов ТМ и синтетического регулятора роста тидиазурона на интенсивность перекисного окисления металлов (ПОЛ) в листьях пшеницы. Семена пшеницы (ТгШсит аеьНьит Ь.) помещали в слабый раствор КМп04 для обеззараживания, затем промывали дистиллиро-

К. А. Сазанова, Д. И. Башмаков, А. С. Лукаткин, 2011

ВЕСТНИК Мордовского университета | 2011 | Мр 4