Научная статья на тему 'Пероксидазозависимый иммунитет гороха к фузариозу'

Пероксидазозависимый иммунитет гороха к фузариозу Текст научной статьи по специальности «Агробиотехнологии»

CC BY
227
62
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
Вестник аграрной науки
ВАК
AGRIS
RSCI
Область наук
Ключевые слова
ПЕРОКСИДАЗА / ПЕРОКСИДАЗОЗАВИСИМЫЙ ИММУНИТЕТ / ХЕМИЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ / КОЛОРИМЕТРИЯ / УСТОЙЧИВОСТЬ К FUSARIUM OXYSPORUM / МЕХАНИЧЕСКОЕ ПОВРЕЖДЕНИЕ / PISUM SATIVUM

Аннотация научной статьи по агробиотехнологии, автор научной работы — Павловская Н. Е., Гагарина И. Н., Горькова И. В., Козявина К. Н., Муштакова В. М.

Установлена однотипная ответная реакция на механическое повреждение гороха и заражение грибной инфекцией: устойчивые сорта гороха к биогенному воздействию оказались устойчивыми и к механическому повреждению, а восприимчивые к инфицированию оказались восприимчивыми к механическому повреждению.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по агробиотехнологии , автор научной работы — Павловская Н. Е., Гагарина И. Н., Горькова И. В., Козявина К. Н., Муштакова В. М.

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

Текст научной работы на тему «Пероксидазозависимый иммунитет гороха к фузариозу»

УДК 635.656:632.938:577.15:632.488

Н.Е. Павловская, доктор биологических наук И.Н. Гагарина, И.В. Горькова, кандидаты сельскохозяйственных наук К.Н. Козявина, кандидат биологических наук ФГОУ ВПО Орел ГАУ В.М. Муштакова, В.А. Фомина, В.В. Роговин Институт химической физики РАН, Москва

ПЕРОКСИДАЗ ОЗАВИСИМЫЙ ИММУНИТЕТ ГОРОХА К ФУЗАРИОЗУ

Установлена однотипная ответная реакция на механическое повреждение гороха и заражение грибной инфекцией: устойчивые сорта гороха к биогенному воздействию оказались устойчивыыми и к механическому повреждению, а восприимчивые к инфицированию оказались восприимчивыыми к механическому повреждению. Ключевые слова: пероксидаза, пероксидазозависимыш

иммунитет, хемилюминесценция, колориметрия,

устойчивость к Fusarium oxysporum, механическое повреждение, Pisum sativum.

Пероксидазосомы - особый тип антимикробных органелл, функционирующих в растительных и животных клетках. Эти органеллы содержат пероксидазу, энзиматическую систему генерации пероксида водорода и антимикробные катионные белки. Пероксидаза растений является ответственной за защитные ме анизмы при вирусной, бактериальной и грибной инфекция , участвует в лигнификации и связывании белков клеточны стенок, участвует в метаболизме фенолов, превращая их в токсичные для фитопатогенов иноны, в генерации активны форм кислорода, способствует выработке фитоалексинов, а также други защитны ответа растительны клеток (1-4). Метод увеличенной люминолом

емилюминесценции дает возможность оценить уровень пероксидазозависимого иммунитета растений и его изменения под влиянием различны факторов, что позволяет использовать его для экологического контроля. С помощью этого метода уже изучено действие различны красителей для тканей, ионов тяжелых металлов (Cd+2, Pb+2,Sn+2, Hg,+2Cu+2),

газообразных выбросов теплоэлектростанций (H2S, SO2,NO, NH3), пестицидов и других ксенобиотиков на пероксидазозависимый иммунитет гороха (1, 5).

Изучению роли пероксидазы в метаболизме

больного растения посвящено большое количество работ(6-12).Участие пероксидазы в защитных реакция пораженны растений связано с повышением активности этого фермента, что

коррелирует с устойчивостью, запрограммированной самим организмом. Гриб выделяет в среду не только

собственную пероксидазу, но и активатор,

стимулирующий активность растительной

пероксидазы (13, 14).

В гипотезе о роли пероксидазы в проявлении устойчивости, сформулированной Симонсом и Россом (1971), предполагается, что продукты некроза или реакций, предшествующих некрозу, движутся от клеток, которые некротизируются, к соседним клеткам и вызывают ме анизм сопротивления. Высокая активность пероксидазы вызывает опосредованно некроз, который ведет к быстрой

Established a sister responses to mechanical damage and contamination of peas fungal infection: resistant varieties of peas to nutrient effects, and were resistant to mechanical damage, and susceptible to infection were susceptible to mechanical damage.

Key words: peroxidase, peroksidazozavisimy immunity,

chemiluminescence, colorimetry, resistance, Fusarium oxysporum, mechanical damage, Pisum sativum.

индукции устойчивости и, следовательно, к раннему ограничению размера некроза. Таким образом, главная роль пероксидазы клетки состоит в скорости роста некроза и в образовании продукта как «индуцирующего агента», который после движения к соседним клеткам вызывает к действию ме анизм устойчивости.

Задача данной работы - изучить уровень активности пероксидазной системы корней горо а различны сортов при ме аническом повреждении, а также изменение активности пероксидазы при заражении Fusarium oxysporum сорта устойчивого и неустойчивого к грибным инфекциям.

Целью данной работы является сравнение активности пероксидазной системы, измеренной методом емилюминесценции, при ме аническом повреждении корней горо а и активности пероксидазы, полученной методом колориметрии, при заражении грибом Fusarium oxysporum проростков различных сортов гороха (Pisum sativum).

Материалы и методы

Изучена пероксидазная активность

четыре дневны проростков следующи сортов горо а, различающи ся устойчивостью к корневым гнилям: устойчивые - Орлус, Зубр, Норд, Демон, Неручь, ПСС- 21507; среднеустойчивый - Батрак: средневосприимчивый - Спрут -2; восприимчивые -Смарагд, Орловчанин. Салара, Колт, П-2150. Измеряли увеличенную люминолом емилюминес-ценцию (ХЛ) образцов на люминометре 1251 LKB-Wallac, Швеция. Для этого три отрезка корня длиной 1 см каждый взвешивали и затем подвергали ме аническому повреждению с помощью прокатывания металлическим цилиндром весом 100 г. Обработанные таким образом корни помещали в кюветы, содержащие по 1 мл инкубационной среды: 400 мМ K-Na-фосфатного буфера (рН 7,4), 250 мМ сахарозы, 10-6 М люминола (5-амино-2,3-дигидро-1,4-фталазинедион, Serva). Люминол растворяли в диметилсульфоксиде в концентрации 10-2 М, затем разбавляли 400 мМ K-Na-фосфатным буфером (рН 7,4) до концентрации 10-4 М. В каждую кювету

добавляли 10 мкл этого раствора. Перед измерением ХЛ кюветы инкубировали 10 мин при 25о С. Определяли величину суммарного свечения за 10 с в образцах поврежденных корней, затем вычитали величину свечения буфера без растительной ткани и рассчитывали величину свечения на 1 г веса корней. Результаты представлены на диаграммах.

Активность пероксидазы в ответ на заражение возбудителем корневых гнилей изучена колориметрическим методом на сортах, различающихся устойчивостью к фузариозу: Метод основан на определении скорости реакции окисления бензидина до образования синего продукта окисления определенной концентрации, заранее устанавливаемой на фотоэлектроколориметре. После добавления бензидина сразу включали секундомер и записывали его показания после того, как оптическая плотность реакционной смеси на длине волны 490 нм достигала

0.15. Активность пероксидазы рассчитывали по формуле:

D ■ a ■ б ■ в

A =-------------

с ■ t ,

где a - степень разбавления навески в экстракте, мл/г, б - степень разбавления экстракта, взятого для реакции, б=(1.95 мл + 0.05 мл)/0.05 мл =40; в -степень разбавления экстракта в реакционной смеси, в=(1.95 мл + 0.05 мл + 1 мл + 1 мл)/0.05 мл = 80c -длина оптического пути в кювете, с = 1 см, D -оптическая плотность раствора, D=0.15, t - время в секундах, требующееся реакционной смеси для достижения оптической плотности D=0.15.

Результаты и обсуждение

7000 --г

6000 --

5000 ----

М _

S 4000 -----

„Л —

Е7 3000 —

X -

2000 ----

1000 ----

о —U-----

№1

14000 —

13000 —

12000 —

11000 —

10000 ---

И —

) 9000 —

, 8000 —

7000 —

6000 —

^ 5000 —

4000 —

3000 —

2000 —

1 000 —

0 —-

№8 №9 №10 №11 №12 №13

В

Рисунок 1 - Увеличенная люминолом хемилюминиеценция поврежденных корней гороха различных сортов. По оси ординат - уровень хемилюминесценции в милливольтах

Каждый столбик диаграммы представляет собой среднее значение 10 измерений ± стандартное отклонение

А

91. Орлус. - устойчивый к корневым гнилям

92. Салара. - восприимчивый к корневым гнилям

93. Спрут-2. - устойчивый к корневым гнилям

94. Зубр - устойчивый к корневым гнилям.

95. Норд. - среднеустойчивый к корневым гнилям

96. Смарагд - восприимчивый к корневым гнилям

97. Демон - устойчивый к корневым гнилям

Б

98. Орловчанин. восприимчивый к корневым гнилям и аскохитозу

99. Батрак. - восприимчивый к корневым гнилям

910. Неручь - устойчивый к корневым гнилям

911. ПСС-21507 - устойчив к корневым гнилям

912. Колт - восприимчивый к аскохитозу

913. П-2150-НЕ ФИКСИРУЕТ АЗОТ, восприимчивый к корневым гнилям.

Данные, представленные на рисунке 1, показывают, что устойчивые к корневым гнилям сорта гороха (991, 3, 4, 11) обладают повышенным уровнем активности пероксидазной системы, что выражается в увеличенных значениях люминолзависимой хемилюминисценции.

Исключением является сорт Неручь (910) с низким уровнем хемилюминесценции. Вероятно,

устойчивость к корневым гнилям у этого сорта обеспечивается за счет других компонентов иммунной системы. У всех восприимчивых к заболеванию корневыми гнилями сортов гороха (92,

6, 8, 9, 12) и линии П-2150, не фиксирующей азот, активность пероксидазной системы низкая.

У всех восприимчивых к заболеванию корневыми гнилями сортов гороха (992, 6, 8, 9, 12) и линии П-2150, не фиксирующей азот, резко падает хемилюминисценция и при механическом повреждении.

Активность пероксидазы, измеренная

колориметрически (рис. 2), в норме у устойчивого сорта гороха Din. Dale составляет от 200 до 480 е. в течение 10 дней прорастания, а у восприимчивого сорта Смарагд (рис. 4) всего от 90 до 170 е. Инфицирование Fusarium oxsysporum семян устойчивого сорта гороха Din. Dale приводит к резкому увеличению пероксидазной активности от 120 до 1000 у.е., а затем резко падает к 8-му дню с дальнейшим плавным подъемом, что указывает на высокий иммунный статус устойчивого сорта.

У восприимчивого сорта Смарагд (рис. 3)

инфицированные патогеном растения имеют активность пероксидазы в начале прорастания выше, чем у контрольного варианта почти в 2 раза, а затем уровень пероксидазной активности плавно понижается до 120 у.е , что указывает на низкий иммунный статус данного сорта.

Пероксидаза использует накопленные при работе супероксиддисмутазы (СОД) фенолы для лигнификации клеточных стенок, что приводит к образованию механического барьера на пути инфекции.

№2 №3 №4 №5 96 №7

А

Растительные пероксидазы инактивируют вирусные и грибные патогены и участвуют в генерации синглетного кислорода (Роговин и др.1987). Активность пероксидазы у устойчивого сорта Dun. Dale даже при заражении Fusarium oxsysporum выше в 2 раза, чем у восприимчивого сорта Смарагд.

Таким образом, реакция различных по устойчивости сортов гороха на действие некроза, возникающего при инфицировании патогеном, выражается лишь в абсолютных &начениях активности пероксида&ы, но &акономерность реакции ра&личных по устойчивости растений сохраняется, независимо от состояния иммунной системы клеток.

Рисунок 2 - Активность пероксидазы устойчивого сорта Dun. Dale: 1 - контроль, 2 - инфицированные Fusarium oxsysporum

Рисунок 3 - Активность пероксидазы сорта гороха Смарагд: 1 - контроль, 2 - инфицированные

Таким образом, установлена однотипная ответная реакция на механическое повреждение гороха и заражение грибной инфекцией: устойчивые сорта гороха к биогенному воздействию, оказались устойчивыми и к механическому повреждению, а восприимчивые к инфицированию ока&ались восприимчивыми к механическому повреждению.

Литература

1. Rogovine, V.V. Mushtakova and Fomina/ Estimation of Xenobiotic Effects on the Peroxidase [ТехЦ/ V.V. Rogovine. - Dependent Plant Immunity as a Means of Ecological Control. - Water Qual. - Res. J.Canada, 1997, V.32, No.4, 829-837.

2. Озерецковская, О.Л. Проблемы специфического фитоиммунитета [Текст]/ О.Л. Озерецковская // Физиология растений, 2002. - т.49. - №1. - с.148-154.

3. Kosuge, T. The role of phenolics in host response to infection [ТехЦ/ T.Kosuge. - Ann. Rev. Phytopathol., 1969, 7, 109-116.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

74

4. Calderon, A.A. A spectrophotometric assay for guantitative analysis of the oxidation of 4-hydroxystilbene by peroxidase - H2O2 systems [ТехЦ/ A.A.Calderon, V.A.Pedreno, A.Ros Barcelo, R.Munoz. - J.Biochem. Biophis. Methods. - 1990, 20, 171-180.

5. Муштакова, B.M. Действие пиридинсодержащих пестицидов на активность пероксида&ной системы корней гороха [Текст]/ В.М.Муштакова, А.Р.Монастырская, В.В.Роговин, И.В.Лисецкая, В.Г.Карцев. - Химия и технология пиридинсодержащих пестицидов. - 12-16 декабря 1988. - Черноголовка, 196-197 с.

6. Андреева, В.А. Фермент пероксидаза: Участие в &ащитном механи&ме растений [Текст]/ В.А. Андреева. - М.: Наука,1988. - 128 с.

7. Reimers, P.J. Increase activity of cationic peroxydase connected with incompatible interaction bacteria Xanthomonas oryase pv and Oryza sativa [ТехЦ/ P.J.Reimers, A.Guo, J.E.Leach. - Plant Physiol. - 1992. -V.99, №3. - P.1044-1050.

8. Рубин, Б.А. Роль пероксидазы в защитной функции растений ржи против грибных боле&ней [Текст]/ Б.А.Рубин, В.А.Аксенова, Дин Гуен Нгуен. -Докл. АН СССР. - 1971. - т.197. - №4. - с.937-940.

9. Метлицкий, Л.В. Фитоиммунитет [Текст]/ Л.В.Метлицкий, О.Л.Озерецковская. - М.: Наука. -1968. - 93 с.

10. Shalimova, O.A.Biochemical aspects of resistence of pea (Pisum sativum L.) to fungal disease [ТехЦ/ O.A.Shalimova, N.E. Pavlovskaya // 3-rd European Conference on grain legumes, 14-19 November, 1998. -Valladolid, Spain, 1998. - p. 486-487.

11. Павловская, Н.Е. Методические рекомендации по оценке генотипов гороха к во&будителям фу&арио&а и аскохито&а с помощью биохимических тестов [Текст]/ Н.Е. Павловская, О.А. Шалимова, Е.Ф. А&арова, Р.М. Андрюхина / под общей ред. Н.Е. Павловской. - Орел, Орел ГАУ, 2002. - 21 с.

12. Ros, Barcelo A. A basic heroxidase isoensyme, marker of resistance against Plasmora viticola in grapevines, is indused by an elecitor from Trickoderma viride, in susceptible grapevines// Journal Phytopathology [ТехЦ/ Barcelo A. Ros, J. M.Zapata, A.A. Calderon. -1996. - V.144, №6. - P.309-313.

13. Вандерпланк, Я. Генетические и молекулярные основы патогене&а у растений [Текст]/ Я. Вандерпланк. - М.: Наука, 1981. - 156 с.

14. Методы биохимического исследования растений [Текст]/ под ред. Е. А. Ермакова. - Л.: Агропроми&дат. - 1987. - С. 38-39.

Вестник Орел Г Ay

№5(26)

жтябрь 2010

Теоретический и научно-практический журнал. Основан в 2005 году

Учредитель и издатель: Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Орловский государственный аграрный Университет»____________________________________________

Редакционный совет: Парахин Н.В. (председатель) Амелин А.В. (зам. председателя) Астахов С.М.

Белкин Б.Л.

Блажнов А.А.

Буяров В.С.

Гуляева Т.И.

Гурин А.Г.

Дегтярев М.Г.

Зотиков В.И.

Иващук О.А.

Козлов А.С.

Кузнецов Ю.А.

Лобков В.Т.

Лысенко Н.Н.

Ляшук Р.Н.

Мама&в А.В.

Масалов В.Н.

Новикова Н.Е.

Павловская Н.Е.

Попова О.В.

Прока Н.И.

Савкин В.И.

Степанова Л.П.

Плыпун С.А. (ответств. секретарь) Ермакова Н.Л. (редактор)

Адрес редакции: 302019, г. Орел, ул. Генерала Родина, 69. Телефон: (4862)454037 Факс: (4862)454064 E-mail: nichоgau@yandex.ru Сайт журнала: http://ej.orelsau.ru

Свидетельство о регистрации ПИ 9ФС77-21514 от 11.07. 2005 г.

Технический редактор Мосина А.И. Сдано в набор 14.10.2010 Подписано в печать 28.10.2010 Формат 60x84/8. Бумага офсетная. Гарнитура Таймс.

Объём 12,5 усл. печ. л. Тираж 300 экз. Издательство Орел ГАУ, 302028, г. Орел, бульвар Победы, 19. Лицензия ЛР9021325 от 23.02.1999 г.

Журнал рекомендован ВАК Минобрнауки России для публикаций научных работ, отражающих основное научное содержание кандидатских и докторских диссертаций

Содержание номера

Научное обеспечение устойчивого развития АПК и сельских территорий

Парфенов А.С. Демографический кризис: социальное прогнозирование и материнский

капитал............................................................................... 2

Студенникова Н.С. Влияние производственного травматизма на демографическую

ситуацию сельских территорий на примере Орловской области............................. 6

Кузнецова Т.М. Диагностика и оценка эффективности кадровой политики

сельскохозяйственных организаций...................................................... 9

Каменева К.П. Совершенствование управления формированием и развитием человеческого

капитала в аграрном секторе........................................................... 11

Ушаков А.А. Эффективное функционирование системы внутреннего контроля в бюджетных

организациях.......................................................................... 14

Полухин А.А., Алпатов А.В. Развитие рынка зерноуборочных комбайнов в АПК Орловской

области............................................................................... 19

Поздняков В.Ю. Эффективность различных вариантов обновления материальнотехнической базы АПК................................................................ 22

Коробко А.В., Абашин Е.Г. Инновационный способ определения основных качественных параметров желе&обетонных конструкций бе& предварительного напряжения арматуры по

результатам вибрационных испытаний.................................................... 26

Баранов Ю.Н., Трясцин А.П. Анализ и оценка риска при перевозке опасных грузов

автомобильным транспортом в АПК....................................................... 29

Г альянов И.В. Исследование инвестиционных затрат на повышение безопасности

машин................................................................................. 33

Коше—кин Ю.В., Барабанова С.Н. Корпоративное обучение вопросам охраны труда -

ступень к созданию системы управления профессиональными рисками в организации......... 36

Семенютина А.В., Подковырова Г.В. Особенности реконструкции рекреационноозеленительных насаждений урбанизированных территорий Нижнего Поволжья.............. 39

Научное обеспечение развития растениеводства

Ищенко Л.А., Козаева М.И., Маслова М.В., Зайцева К.В., Логинов М.В., Акимов В.П.

Климат, стресс и проблема репродукции у растений в новом столетии на примере плодовых

культур............................................................................... 42

Петрова С.Н., Андронов Е.Е., Пина ев А.Г., Першина Е.В. Перспективы использования

методов молекулярно-генетического анализа в почвенной экологии........................ 45

Степанова Л.П., Стародубцев В.Н., Степанова Е.И. Экологическая эффективность исполь&ования предпосевной обработки семян водными вытяжками и& горных пород и

вермикомпостов........................................................................ 49

Богомолов А.А. Урожайность и качество семян люцерны при обработке посевов

регуляторами роста и микроудобрениями в Северном Зауралье............................. 53

Чекалин Е.И., Амелин А.В., Кондыков И.В. Изменение показателей архитектоники, роста и ра&вития растений гороха полевого в процессе селекции на высокую урожайность

семян................................................................................. 56

Головина Е.В. Влияние погодных условий на накопление и реутилизацию азота сортами

сои................................................................................... 58

Корниенко H.H., Бобков С.В., Кондыков И.В. Компонентный состав запасных белков как

критерий оценки сортов гороха на отличимость, однородность и стабильность.............61

Титова Е.М., Внукова М.А. Влияние некоторых элементов технологии на урожайность и

качество зерна ячменя.................................................................64

Карташов А.В. Фотосинтетическая продуктивность сортов средневолокнистого хлопчатника

на богаре............................................................................. 68

Павловская Н.Е., Гагарина И.Н., Горькова И.В., Козявина К.Н., Муштакова В.М.,

Фомина В.А., Роговин В.В. Пероксидазозависимый иммунитет гороха к фузариозу........... 72

Абдуллаева М.М., Валиханов М.Н., Бабаханова Д.Ш. Роль эндогенной фосфолипазы Д в

превращениях фосфолипидов при прорастании семян кукурузы.............................. 75

Хатефов Э.Б., Кагермазов А.М., Малухов З.М., Кушхова М.С. Корреляционные связи между семенной плодовитостью и морфобиологическими и цитологическими при&наками тетраплоидной кукурузы.............................................................. 77

Научное обеспечение развития молочного скотоводства

Шендаков А.И., Шендакова Т.А. Влияние генетических и средовых факторов на интенсивность роста и молочную продуктивность чёрно-пёстрого гоштинизированного

скота................................................................................. 83

Безбородов П.Н. Абомазо-руминальный рефлюкс - фактор нарушения обмена веществ у

высокопродуктивных молочных коров..................................................... 91

Петрушина М.В. Влияние Хотынецких цеолитов и лецитина на физиолого-биохимический

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

статус высокоудойных коров при промышленном содержании................................ 95

Бунькова H.H., Калинин В.А., Козлов И.А., Козлов А.С. Особенности энергетического питания коров по периодам лактации.................... ............................. 97

© ФГОУ ВПО Орел ГАУ, 2010

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.