CC BY
49
УДК 581.1
РЕАКЦИЯ НЕКОТОРЫХ АНТИОКСИДАНТОВ ПРОРОСТКОВ ЯЧМЕНЯ НА КИСЛОТНЫЙ ДОЖДЬ И ВИБРОЗВУКОВОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ
О 2011 Е.Ю. Головина1, А.А. Володина2
'Российский государственный университет им. И. Канта, г. Калининград Атлантическое отделение института Океанологии им. П.П. Ширшова РАН, г. Калининград
Поступила 27.08.2009
Проведено исследование влияния модельного кислотного дождя (МКД) и виброзвука на накопление некоторых антиоксидантов. Установлено, что однократная обработка растений МКД (рН=1,8) повышает содержание аскорбиновой кислоты, рутина, антоцпанов, каротпнопдов в проростках ячменя обыкновенного. Виброзвук с частотой 30 - 60 Гц с амплитудой микровибрации 2,8 - 5,4 мкм при 30-воздействии стимулирует накопление кислот системы аскорбата и рутина.
Ключевые слова: кислотный дождь, виброзвук, аскорбиновая кислота, рутин, антоцианы, каротиноиды
Виброакустическое воздействие и рост кислотности атмосферных осадков - одни из основных проблем современности. Термином «кислотные дожди» называют все виды метеорологических осадков - дождь, снег, дождь со снегом, град, туман, - pH которых меньше, чем среднее значение pH дождевой воды (pH 5,6) [2]. Шумовое (акустическое) и динамическое (вибрационное) воздействия являются результатом колебания тел, передаваемого непосредственно или через газообразные, жидкие и твердые среды (опосредованно). Основным источником таких воздействий является автомобильный (за последние 100 лет количество автомобилей возросло более чем в 1000 раз) [1] и железнодорожный транспорт, а также воздушный транспорт, промышленные предприятия, строительные машины и механизмы. В связи ростом техногенной нагрузки на живые организмы особенно актуальным является изучение механизмов их адаптации к неблагоприятным факторам среды. Известно, что растения обладают разными системами защиты от негативного воздействия окружающей среды: увеличивается содержание таких антиоксидантов, как аскорбиновая кислота (АК), рутин, флавоны, поли-фенольные соединения [11-13, 15, 18]. Однако до сих пор механизмы функционирования систем антиокислителей у растений изучены недостаточно. Данные по влиянию кислотного дождя и виброакустического воздействия на растения малочисленны. Целью данного исследования явилось изучение действия МКД и виброзвука на содержание антиоксидантов (аскорбиновой кислоты, рутина, каротиноидов и антоциановых пигментов) в онтогенезе растений.
В качестве объекта исследования использовались первые листья 5-10 - дневных проростков ячменя обыкновенного (Hordeum xmlgare L.) сорта Роланд, выращенные на свету интенсивностью 5 Дж/м2-с в установке ТКШ - 1 ФЛОРА. Расте-
Головина Елена Юрьевна, канд. биол. наук, доц., e-mail: golowina@mail.ru; Володина Александра Анатольевна, канд. биол. наук, e-mail: nezhenkandr@mail.ru
ния подвергались обработке МКД с рН=1,8. В состав раствора модели входили 1%-ые растворы серной, соляной и азотной кислот [17]. Первая группа растений обрабатывалась МКД только на 5 сутки (перед анализом и спустя два часа). Вторая - ежедневно с появления первых всходов в течение 10 суток перед анализом и через два часа. Виброзвук создавался аппаратом «Витафон» ТУ - 9444 - 003 - 33159359 - 95 в режиме 1 при амплитуде микровибрации 2,8 - 5,4 мкм с частотой 30 - 60 Гц. Аппарат контактным способом возбуждает микровибрацию тканей посредством непрерывно меняющейся частоты. Изменение частоты в заданных пределах и переход с одного диапазона на другой происходит автоматически по программе. Количество аскорбиновой (АК), дегидроаскорбиновой (ДАК) и дикетогулоновой (ДКГК) кислот определяли колориметрически [9], содержание аскорбиновой кислоты и рутина -титрометрически [10], антоциановые пигменты [7] и каротиноиды [10] - спектрофотометрически. Опыты проводили в двух биологических повтор-ностях и воспроизводились 2-6 раз. Полученные данные обработаны статистически методом парных сравнений и представлены в виде средних арифметических значений.
В ходе исследования влияния однократной обработки МКД на содержание некоторых антиоксидантов в проростках ячменя обыкновенного было показано, что уровень АК был выше в опытных вариантах и максимальный пул наблюдался у 10-дневных проростков (рис. 1). Самое высокое содержание АК отмечено в листьях растений первой опытной группы. Это свидетельствует о том, что защитные реакции растений при действии на них стрессора МКД происходят очень быстро (в течение минут) и протекают на уровне активации антиоксиданта АК [14].
Эндогенный уровень антоцианов был также выше у опытных групп (рис. 2). Ответная реакция растений на действие МКД была сильнее через два часа при повторном поливе, чем в первые минуты воздействия. Антоциановая индукция, возможно, способствует постепенной адаптации растительных организмов к тем или иным стрессовым условиям [6].
-сразу по с
---через 2 ч;
^"контроль
Возраст, сутки
Рис. 1. Влияние однократной обработки модельным кислотным дождём (рН 1,8) на содержание АК (мкг/г) в листьях проростков ячменя обыкновенного
мг\г 0,06
-после полив; " через 2 часа - контроль
Рис. 2. Влияние однократной обработки модельным кислотным дождём (рН 1,8) на содержание антоцианов (мг/г) в листьях проростков ячменя обыкновенного
" через 2 час "контроль
В ходе исследования влияния ежедневной обработки МКД на содержание антоцианов в проростках ячменя обыкновенного было показано (рис. 4), что их уровень в опытных вариантах был ниже контрольного с максимальной разницей на 10-е сутки (в 3,5 раза). Полученные данные по влиянию многократной обработки МКД на другие антиоксиданты (АК, рутин и каротиноиды) неоднозначны и требуют дальнейшего анализа.
Таким образом, однократная обработка растений модельным кислотным дождём повышает содержание исследуемых антиоксидантов (аскорбиновой кислоты, рутина, антоцианов, кароти-ноидов) в проростках ячменя обыкновенного, а ежедневное воздействие МКД снижает уровень антоциановых пигментов.
При изучении влияния виброзвука с частотой 30-60 Гц с амплитудой микровибрации 2,8-5,4 мкм на содержание кислот системы аскорбата в листьях ячменя было показано, что экспозиции 0,5, 1 и 5 мин снижали содержание АК, ДАК, ДКГК и оно было в среднем ниже контрольного в 1,2 раза (рис. 5), 30-минутное виброакустическое воздействие стимулировало накопление АК у ячменя, причем, повышение уровня восстановленной формы АК (в 1,3 раза по отношению к контролю) сопровождалось увеличением ее окисленных форм (ДАК - в 1,5 и ДКГК - в 1,6 раза) (рис. 6), что указывает на одновременно идущие процессы биосинтеза и использования АК. Известно, что неблагоприятные факторы, а в данном случае это 30-минутная виброзвуковая обработка, способны вызвать у растений окислительный стресс [3, 5], который, возможно, и привел к увеличению пула таких антиоксидантов, как аскорбиновая кислота.
0,035]
сразу пос е обработки
---через 2 ча
- контроль
Рис. 3. Влияние однократной обработки модельным кислотным дождём (рН 1,8) на содержание каротиноидов (мг/г) в листьях проростков ячменя обыкновенного
В ходе исследования влияния однократной обработки МКД на содержание каротиноидов в проростках ячменя обыкновенного было показано (рис. 3), что их уровень в опытном варианте в 2 раза превосходил контрольный в первые минуты после полива и в 1,5 раза при повторном воздействии МКД спустя два часа. Повышенное содержание каротиноидов, вероятно, объясняется их участием в механизмах защиты фотосинтетического аппарата от различных повреждающих факторов окружающей среды [8, 16]. Аналогичная закономерность отмечена и в накоплении рутина.
Рис. 4. Влияние ежедневной обработки модельным кислотным дождём (рН 1,8) на содержание антоцианов (мг/г) в листьях проростков ячменя обыкновенного
Таким образом, виброзвук с частотой 30-60 Гц и экспозицией 30 мин повышал новообразование восстановленной формы аскорбиновой кислоты, а также ее использование в защитных реакциях растений, о чем свидетельствовал рост окисленных форм - дегидроаскорбиновой и дикетогуло-новой кислот.
В ходе исследований влияния виброзвука на содержание рутина в листьях ячменя было показано, что экспозиции 0,5-15 мин снижали уровень
рутина в среднем в 1,2 раза, в то время как при 20-30-минутном воздействии виброзвуком количество рутина в опытном варианте в 1,3 раза превосходило контроль (рис. 7). Это могло быть обусловлено окислительно-восстановительной функцией данного соединения, которая связана с другими окислительно - восстановительными системами, а именно системой кислот аскорбата [4].
-ДКГК (опыт) ДАК (опыт) - АК (опыт)
-ДКГК (контроль) ■ДАК (контроль) ■АК (контроль)
мкг/г 15 10 5
0,5
Рис. 5. Влияние виброзвука (частота 30-60 Гц, амплитуда 2,8-5,4 мкм) на содержание АК, ДАК и ДКГК (мкг/г) в листьях проростков ячменя обыкновенного. Экспозиция - 0,5 - 5 мин.
мкг/г 141
I
ДАК
ДКГК
Рис. 6. Влияние виброзвука (частота 30-60 Гц, амплитуда 2,8-5,4 мкм) на содержание АК, ДАК и ДКГК (мкг/г) в листьях проростков ячменя обыкновенного. Экспозиция - 30 мин.
30 20 10 О
мкг/г
0,5 1 2
10 15 20
25 30
Время, мин
• опыт ......контроль
Рис. 7. Влияние виброзвука (частота 30-60 Гц, амплитуда 2,8-5,4 мкм) на содержание рутина (мкг/г) в листьях проростков ячменя обыкновенного. Экспозиция - 0,5-30 мин
Таким образом, виброзвуковая обработка с частотой 30-60 Гц с амплитудой микровибрации
2,8-5,4 мкм в течение 0,5, 1 и 5 мин снижает содержание АК, ДАК, ДКГК, а 0,5 - 15 мин экспозиции - и уровень рутина в проростках ячменя. С увеличением времени виброзвукового действия от 20- 30 минут количество рутина повышается, а 30-минутное воздействие стимулирует также накопление кислот системы аскорбата.
Следовательно, механизм адаптации опытного растения ячменя обыкновенного к стрессу, который мог быть вызван модельным кислотным дождем и виброзвуковым воздействием, проявляется в активном синтезе антиоксидантов и одновременном их использовании на детоксикацию продуктов окислительного стресса.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
2.
3.
4.
5.
Богословский В.А., Жигалин А.Д., Хмелевскии В.К. Экологическая геофизика. М.: Изд-во МГУ, 2000. 256 с.
Гетко Н.В. Растения в техногенной среде. Минск.: Наука и техника, 1989. 205 с.
Ежова Т.А., Солдатова О.П., Ондар У.Н., Мамонова Л.Б., Радкжина ПЛ., Софьин А.В., Романов В.И., Шестаков С.В. Толерантные к норфлуразону карликовые мутанты Arabidopsis thaliana (L.) как объекты изучения резистентности к окислительному стрессу //Физиол. раст.. 1997. Т. 44, № 5. С. 665670.
Иванова Т.С. Эколого-биохимическая характеристика растений рода Juglans L. С различными адаптационными возможностями: Дне. к.б.н.: 03.06.06. Калининград, 2006. 21 с. Мальдонадо К, Палич £ Стабильность и авторегу-ляторные свойства цитоплазматической окислительно-восстановительной системы GSH / GSSG у растений пшеницы при воздействии умеренного водного дефицита //Физиол. раст. 1991. Т. 38, № 4. С. 730 - 735.
Масленников П.В., Чупашна Г.Н. Экологические аспекты антоциановой индукции в ювенильных листьях. Калининград. 2004. С. 15. Муравьева, В.Н. Бубенчикова, В.В. Беликов. Спек-трофотометрическое определение суммы антоциа-нов в цветках василька синего //Фармакология. 1984. Т. 36, № 5. С. 28-29.
Стржалка К, Костеща-Гугала А., Латовски Д. Ка-ротиноиды растений и стрессовое воздействие окружающей среды: роль модуляции физических свойств мембран каротиноидами // Физиол. раст. 2003. 50, № 2. С. 188-193.
Чупашна Г.Н. Физиологические и биохимические методы анализа растений: Практикум / Калининградский ун-т. Калининград, 2000. 35 с.
10. Чупашна Г.Н., Масленников П.В. Методы анализа витаминов: Практикум / Калининградский ун-т. Калининград, 2004. 35 с.
11. Concetta de Pinto Maria, Tommasi Franca, De Gara Laura. Changes in the antioxidant systems as part of the signaling pathway responsible for the programmed cell death activated by nitric oxide and reactive oxygen species in tobacco bright-yellow 2 cells // Plant Physiology. 2002. 130, № 2. P.'698 708.
12. Maty dak R. Content of carotinoids in needles of Pinus sylvestris L. growing in a polluted area //Dendrobiology. 2001. 46. P. 39-42.
13. Ngo Т., Ringel Ch., Beer V, Wienhaus O. Vergleich der Nadelinhaltsstiffe Ascorbat, Chlorophyll und Starke in
6.
7.
8.
9.
Fichten auf unterschiedlich belasten Standorten // Forstwiss. 2001. 120, № 4. S. 205-219.
14. Noormets Asko, Podila G. Krishna, Karnosky David F. // Forest Genet. 2000. 7, № 4. P. 335 - 338.
15. Smirnoff N. The function and metabolism of ascorbic acid in plants //Annals of Botany. 1996. 78, № 6. P. 661-669.
16. Tracewell Cara A., Vressos John S., Bautista Jams A., Frank Harry., Bradvig Gary W. Carotinoid photooxi-
dation in photosystem II //Arch, biochem. and bio-phys. 2001. 385, № 1. P. 61-69.
17. Velikova V., Yordanov I., Edreva A. Oxidative stress and some antioxidant systems in acid rain-treated bean plants protective role of exogenous polyamines // Plant Sci. 2000. 151, № 1. C. 59-66.
18. Wheeler Glen L., Mark A.Jones, Smirnoff Nicholas. The biosynthetic pathway of vitamin C in higher plants //Nature. 1998. Vol. 393. P. 365-369.
REACTION OF SOME ANTIOXIDANTS OF BARLEY SPROUTS TO ACID RAIN AND VIBRATION-SOUND INFLUENCE
© 2011 E.Yu. Golovina, A.A. Volodina
Kant Russian state university, Kaliningrad Atlantic branch of Shirshov Oceanology institute of RAS, Kaliningrad
Research of influence of modeling acid rain (MAR) and vibration-sound on accumulation of some antioxidants is carried out. It is revealed that momentary processing of plants by MAR (pH=l,8) raises the content of an ascorbic acid, routine, antoceanes, caratinoids in barley sprouts. Vibration-sound with frequency of 30-60 Hz and microvibration amplitude of 2,8-5,4 microns at 30-influence stimulates accumulation of acids of ascorbate and routine system.
Keywords: acid rain, vibration-sound, ascorbic acid, routines, caratinoids
Golovina Elena Ywr'evna, Cand. Of Biol., reader, e-mail: golowina@mail.ru; Volodina Aleksandra Anatol'evna, Cand. of Biol., e-mail: nezhenkandr@mail.ru
