CC BY
0
УДК 577.1
DOI: 10.17277/vestnik.2023.04.pp.688-693
СОЧЕТАННОЕ ВЛИЯНИЕ ХИМИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ НА СОДЕРЖАНИЕ ПИГМЕНТОВ В ПРОРОСТКАХ ГОРОХА ПОСЕВНОГО Pisum Sativum
А. Г. Шубина, Л. В. Розенблюм, С. Е. Синютина
Кафедра биохимии и фармакологии, sinjutina_s_e@mail.ru; ФБГОУ ВО «Тамбовский государственный университет имени Г. Р. Державина»,
Тамбов, Россия
Ключевые слова: горох; каротиноиды; рутин; соли свинца; флудиоксо-нил; хлорофилл.
Аннотация: Исследовано содержание хлорофиллов а и b и каротиноидов в проростках гороха посевного в присутствии протравителя семян «Максим Дачник» (активное вещество флудиоксонил), солей свинца и рутина. Показано, что введение химических агентов снижает соотношение концентраций хлорофиллов а и b и увеличивает отношение суммы концентраций хлорофиллов к содержанию каротиноидов. Это является показателями испытываемого растениями стресса. Одновременное введение солей свинца с флудиоксонилом или рутином имеет наиболее выраженный эффект.
Введение
Пигментный комплекс растений чувствителен к антропогенному загрязнению окружающей среды. Количество фотосинтетических пигментов в растениях, находящихся в неблагоприятных условиях, изменяется. Как правило, отмечается снижение содержания хлорофиллов и увеличение содержания каротиноидов. Свободнорадикальные реакции, стимулируемыми поллютантами, повреждают мембраны хлоропластов и вызывают разрушение хлорофиллов. Каротиноиды, обладая антиоксидантными свойствами, способны защищать хлорофиллы в стрессовых условиях. Содержание пигментов меняется в течение вегетационного периода и зависит от метеорологических условий [1 - 4]. Ряд исследователей отмечают, что наиболее чувствительным к стрессовому фактору является хлорофилл Ь [5]. В то же время есть данные, что реакция растений на стресс имеет многофазный характер. Фаза нарушения гомеостаза и снижения содержания пигментов фотосинтеза сменяется «парадоксальной» фазой, в которой включаются адаптационные механизмы, и количество пигментов возрастает [6]. В работе [7] отмечено увеличение содержания хлорофиллов в цианобактериях в присутствии ацетата свинца. В публикации [8] приводятся данные о повышении концентрации хлорофиллов после первоначального падения при продолжительной экспозиции Anabaena fertШssma в среде, содержащей инсектицид, что рассматривается как результат протекающих адаптационных процессов. Показателями стресса, испытываемого растениями, являются соотношения концентраций хлорофиллов а и Ь (Са и Сь соответственно) и каротиноидов (С). При адаптации пигментного комплекса к неблагоприятным условиям СаКь, как правило, уменьшается, а (Са + Сb)/Сk - увеличивается [9].
Методика эксперимента
Объект исследования - горох сахарный Pisum Sativum var. Macrocarpum Ser., сорт «Жегалова 112» (производитель ООО «Группа компаний «Гавриш»). Проводилась предпосевная обработка семян протравителем «Максим Дачник» (ООО «Фирма «Зеленая аптека садовода») согласно инструкции. Для посева семян использован грунт «Terra Vita (Живая земля)» универсальный (ООО «НОРД ПАЛП»). После посева проводили полив растворами, содержащими соли свинца (0,03 мг/л) и рутин (Р) (100 мг/л) из расчета 30 мл раствора на 25 г почвы. Анализ зеленой массы растений проводили в фазе четвертого настоящего листа.
Концентрацию фотосинтетических пигментов (хлорофиллов а и b, кароти-ноидов) определяли в ацетоновых вытяжках (100%-й ацетон ч.д.а.) спектрофото-метрическим методом на спектрофотометре «СФ-2000».
Для определения содержания пигментов в суммарной вытяжке использовали формулы Веллштейна (Wellstein) для 100%-го ацетона [9]:
Са = 9,784D662 - 0,990D644;
Cb = 21,426D644 - 4,650D662; Ca + Cb = 5,134D662 + 20,436D644;
Ck = 4,695D440,5 - 0,268(Ca + Cb).
Экспериментальные результаты и обсуждение
Протравитель семян «Максим Дачник» содержит активное вещество флуди-оксонил Ф 4-(2,2-дифтор-1,3-бензодиоксол-4-ил)-1Н-пиррол-3 -карбоннитрил. Разработчик - швейцарская фирма Сингента (Syngenta AG). Данный протравитель относится к фунгицидам. Механизм его действия связан с подавлением фосфори-лирования глюкозы и влиянием на мембранный потенциал митохондрий, неспецифическим нарушением контроля осмотического давления в клетке патогена, что подавляет нормальный энергетический обмен клеток грибов [10]. Нельзя исключить посев обработанных протравителем семян в почву, подвергшуюся антропогенному загрязнению, в частности, содержащую повышенную концентрацию ионов свинца. С этой точки зрения представлялось интересным оценить эффект сочетанного влияния флудиоксонила и солей свинца на метаболизм растений на начальном этапе вегетационного периода. Для оценки уровня стресса, испытываемого растительной клеткой, определяли содержание хлорофиллов а и b и каротиноидов в зеленой массе растений гороха Pisum Sativum var. Macrocarpum Ser. Полученные результаты представлены в табл. 1.
Отмечено увеличение содержания хлорофиллов в присутствии всех добавок. В наибольшей степени рост Са и Cb стимулируют соли свинца. Аналогичные эффекты наблюдаются для каротиноидов.
Анализ соотношения концентраций хлорофиллов а и b, являющегося одним из показателей испытываемого растениями стресса, показывает, что в присутствии всех исследованных добавок данный показатель снижается (рис. 1, а). Это свидетельствует об адаптационных процессах, протекающих в пигментном комплексе. Присутствие рутина практически не влияет на CJCb; флудиоксонил обладает наиболее выраженным эффектом.
Соотношение (Са + Cb)/Ck при стрессе, как правило, увеличивается, что и наблюдается экспериментально (рис. 1, б). При этом одновременное присутствие флу-диоксонила и солей свинца приводит к значительному росту данного показателя.
Таблица 1
Содержание хлорофиллов а и Ь и каротиноидов в зеленой массе гороха
Добавка Содержание пигментов, мг/л
Са Съ Ск
Нет 3,19 1,56 1,34
Ф 4,08 2,41 1,71
РЬ2+ 4,96 2,60 2,07
Рутин 4,42 2,17 1,76
Ф + РЬ2+ 3,67 2,07 1,50
Ф + рутин 3,60 2,04 1,50
Ф + РЬ2+ + рутин 4,29 2,19 1,74
Рутин + РЬ2+ 4,06 2,17 1,61
Са/Сь 2,51—
2,0 1,5 1,0 0,5 0
Нет Ф РЬ2+ Ф + РЬ2+ Р Ф + Р РЬ2+ + РФ + РЬ2+ + Р
а)
(Са + СЪ)/Ск
Нет Ф РЬ2+ Ф + РЬ2+ Р Ф + Р РЬ2++ РФ + РЬ2+ + Р
2+
I 2+
б)
Рис. 1. Зависимости соотношений концентраций хлорофиллов а и Ь (а)
и суммы концентраций хлорофиллов а и Ь к концентрации каротиноидов (б)
2+
в зеленой массе гороха от присутствия флудиоксонила Ф, солей свинца РЬ и рутина
Существенное увеличение (Са + Cb)/Ck наблюдается и при одновременном присутствии солей свинца и рутина. В то же время при действии сразу трех химических агентов (флудиоксонилов, солей свинца, рутина) анализируемое соотношение ниже, чем в двух предыдущих случаях.
Исходя из структуры флудиоксонила, маловероятно предположить образование каких-либо комплексов с ионами свинца. По всей видимости, здесь имеет место простое суммирование эффектов. Рутин, напротив, может образовывать комплексы с солями тяжелых металлов и увеличивать их биодоступность [11].
Заключение
Совместное присутствие химических агентов может увеличивать испытываемый растениями стресс, что приводит к изменению количества и соотношения пигментов. Одновременное введение солей свинца вместе с флудиоксонилом усиливает наблюдаемый негативный эффект.
Список литературы
1. Чупахина, Г. Н. Реакция пигментной и антиоксидантной систем растений на загрязнение окружающей среды г. Калининграда выбросами автотранспорта / Г. Н. Чупахина, П. В. Масленников, Л. Н. Скрыпник, М. И. Бессережнова // Вестник Томского государственного университета. Биология. - 2012. - № 2(18). -С. 171 - 185.
2. Physiological and Biochemical Characteristics Features of Small-Leaved Lime (Tilia Cordata Mill.) in Urban Environment / I. L. Bucharina, A. N. Zhuravleva, A. A. Dvoeglazova [et al.] // Research Journal of Pharmaceutical, Biological and Chemical Sciences. - 2014. - Vol. 5, No. 5. - P. 1544 - 1548.
3. Бухарина, И. Л. Состояние ассимиляционного аппарата липы мелколиственной в условиях локальных мест произрастания в городских насаждениях (на примере г. Набережные Челны). - Текст : электрон. / И. Л. Бухарина, И. И. Гибадуллина // АгроЭкоИнфо. - 2019. - № 3. С. 1 - 20. - URL : https://kpfu.ru/staff_files/F1051906119/st_326.pdf (дата обращения: 02.10.2023)
4. Абдуллаева, Л. С. Активность фотосинтетических пигментов в условиях стресса. - Текст : электрон. / Л. С. Абдуллаева, А. Я. Керимов, З. Ш. Ибрагимова, Г. И. Гасанова // Технические и естественные науки: инновации и перспективы : сб. науч. тр. по материалам Междунар. науч.-практ. конф., 30 января 2020 г. -Белгород, 2020. - С. 22 - 27. URL : https://apni.ru/article/305-aktivnost-fotosinteticheskikh-pigmentov (дата обращения: 02.10.2023)
5. Загурская, Ю. В. Сезонная динамика содержания фотосинтетических пигментов в листьях осины Populus tremula L. на зарастающем отвале угольного карьера / Ю. В. Загурская // Сибирский лесной журнал. - 2017. - № 1. - С. 105 - 113. doi: 10.15372/SJFS20170111
6. Ерофеева, Е. А. Двухфазная зависимость некоторых эколого-морфоло-гических и биохимических параметров листовой пластинки березы повислой от уровня автотранспортного загрязнения / Е. А. Ерофеева, В. С. Сухов, М. М. Наумова // Поволжский экологический журнал. - 2009. - № 4. - С. 288 - 295.
7. Galperina, A. R. Influence of lead salts on some morphological and physiological parameters of filamentous cyanobacteria / A. R. Galperina, O. V. Soprunova. - URL : https://cyberleninka.ru/article/n7influence-of-lead-salts-on-some-morphological-and-physiological-parameters-of-filamentous-cyanobacteria (дата обращения: 02.10.2023)
8. Kumar, N. J. I. Photosynthetic, biochemical and enzymatic investigation of Anabaena fertilissima in response to an insecticide-hexachloro-hexahydro-methano-benzodioxathiepine-oxide / N. J. I. Kumar, R. N. Kumar, A. Bora, K. AmbManmeet // Journal of Stress Physiology & Biochemistry. - 2009. - Vol. 5, No. 3. - P. 4 - 12. URL : https://www.jspb.ru/issues/2009/N3/JSPB_2009_3_04-12.pdf (дата обращения: 02.10.2023)
9. Шлык, А. А. Определение хлорофиллов и каротиноидов в экстрактах зеленых листьев / А. А. Шлык // В кн. : Биохимические методы в физиологии растений : сб. ст. / отв. ред. О. А. Павлинова. - М. : Наука, 1971. - С. 154 - 171.
10. PPDB: Pesticide Properties DataBase. Fludioxonil (Ref: CGA 173506). -URL : https://sitem.herts.ac.uk/aeru/ppdb/en/Reports/330.htm (дата обращения: 02.10.2023)
11. Ягольник, Е. А. Мембранотропные и антиоксидантные свойства флавонои-дов и их комплексов с катионами железа : автореф. дис. ... канд. биол. наук: 03.01.02 / Ягольник Елена Андреевна. - Пущино, 2013. - 26 с.
The Combined Impact of External Chemical Factors on the Content of Pigments in Seedlings of Pisum Sativum Pea
A. G. Shubina, L. V. Rosenblum, S. E. Sinyutina
Department of Biochemistry and Pharmacology, sinjutina_s_e@mail.ru; Derzhavin Tambov State University, Tambov, Russia
Keywords: peas; carotenoids; routine; lead salts; fludioxonil; chlorophyll.
Abstract: The content of a and b chlorophylls and carotenoids in pea seedlings was studied in the presence of the seed protectant "Maxim Dachnik" (active substance fludioxonil), lead salts and rutin. It has been shown that the introduction of chemical agents reduces the ratio of a and b chlorophyll concentrations and increases the ratio of the sum of chlorophyll concentrations to the content of carotenoids. These are indicators of stress experienced by plants. Simultaneous administration of lead salts with fludioxonil or rutin has the most pronounced effect.
References
1. Chupakhina G.N., Maslennikov P.V., Skrypnik L.N., Besserezhnova M.I. [Reaction of plant pigment and antioxidant systems to environmental pollution of Kaliningrad by vehicle emissions], Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Biologiya [Vestnik Tomsk State University. Biology], 2012, no. 2(18), pp. 171-185. (In Russ., abstract in Eng.)
2. Bucharina I.L., Zhuravleva A.N., Dvoeglazova A.A., Kamasheva A.A., Sharifulina A.M., Kuzmin P.A. Physiological and Biochemical Characteristics Features of Small-Leaved Lime (Tilia Sordata Mill.) in Urban Environment, Research Journal of Pharmaceutical, Biological and Chemical Sciences, 2014, vol. 5, no. 5, pp. 1544-1548.
3. Bukharina I.L., Gibadullina I.I. [State of the assimilation apparatus of small-leaved linden in the conditions of local places of growth in urban plantings (using the example of Naberezhnye Chelny)], AgroEkolnfo, 2019, no. 3, pp. 1-20, available at: https://kpfu.ru/staff_files/F1051906119/st_326.pdf (accessed 02 October 2023)
4. Abdullayeva L.S., Kerimov A.Ya., Ibragimova Z.Sh., Gasanova G.I. Tekhnicheskiye i yestestvennyye nauki: innovatsii i perspektivy: sb. nauch. tr. po materialam Mezhdunar. nauch.--prakt. konf. [Technical and natural sciences: innovations and prospects: collection. scientific tr. based on materials from the International scientific-practical Conf.], January 30, 2020, Belgorod, 2020, pp. 22-27. available at: https://apni.ru/article/305-aktivnost-fotosinteticheskikh-pigmentov (accessed 02 October 2023)
5. Zagurskaya Yu.V. [Seasonal dynamics of the content of photosynthetic pigments in the leaves of aspen Populus tremula L. on the overgrown dump of a coal mine], Sibirskiy lesnoy zhurnal [Siberian Forest Journal], 2017, no. 1, pp. 105-113. doi: 10.15372/SJFS20170111 (In Russ., abstract in Eng.)
6. Yerofeyeva Ye.A., Sukhov V.S., Naumova M.M. [Two-phase dependence of some ecological, morphological and biochemical parameters of the silver birch leaf blade on the level of motor transport pollution], Povolzhskiy ekologicheskiy zhurnal [Povolzhsky environmental magazine], 2009, no. 4, pp. 288-295. (In Russ., abstract in Eng.)
7. Galperina A.R., Soprunova O.V. Influence of lead salts on some morphological and physiological parameters of filamentous cyanobacteria, available at: httpsV/cyberleninka.ruarticle/n/influence-of-lead-salts-on-some-morphological-and-physiological-parameters-of-filamentous-cyanobacteria (accessed 02 October 2023)
8. Kumar N.J.I., Kumar R.N., Bora A., AmbManmeet K. Photosynthetic, biochemical and enzymatic investigation of Anabaena fertilissima in response to an insecticide-hexachloro-hexahydro-methano-benzodioxathiepine-oxide, Journal of Stress Physiology & Biochemistry, 2009, vol. 5, no. 3, pp. 4-12, available at: https://www. jspb.ru/issues/2009/N3/JSPB_2009_3_04-12.pdf (accessed 02 October 2023)
9. Shlyk A.A.; Pavlinova O.A. (Ed.). [Determination of chlorophylls and carotenoids in extracts of green leaves], In book: Biokhimicheskiye metody v fiziologii rasteniy: sb. st. [Biochemical methods in plant physiology: Collection. Art.], Moscow: Nauka, 1971, pp. 154-171. (In Russ.)
10. PPDB: Pesticide Properties DataBase. Fludioxonil (Ref: CGA 173506), available at: https://sitem.herts.ac.uk/aeru/ppdb/en/Reports/330.htm (accessed 02 October 2023)
11. Yagol'nik Ye.A. Extended abstract of Candidate's of Biological thesis. Pushchino, 2013, 26 p. (In Russ.)
Kombinierter Einfluss chemischer Faktoren der Umwelt auf den Pigmentgehalt in Keimlingen der Saaterbse Pisum Sativum
Zusammenfassung: Der Gehalt an Chlorophyll a und b sowie Carotinoiden in Erbsenkeimlingen ist in Gegenwart des Samenschutzmittels „Maxim Dachnik" (Wirkstoff Fludioxonil), Bleisalzen und Rutin untersucht. Es hat sich gezeigt, dass die Einführung chemischer Wirkstoffe das Verhältnis der Chlorophyll-a- und b-Konzentrationen verringert und das Verhältnis der Summe der Chlorophyllkonzentrationen zum Gehalt an Carotinoiden erhöht. Dies sind Indikatoren für Stress, dem Pflanzen ausgesetzt sind. Die gleichzeitige Gabe von Bleisalzen mit Fludioxonil oder Rutin hat die stärkste Wirkung.
L'influence combinée des facteurs chimiques de l'environnement sur la teneur en pigments dans les germes de pois semés Pisum Sativum
Résumé: Est étudiée la teneur en chlorophylles a et b et en caroténoïdes dans les germes de pois semés en présence d'un mordant de graines «Maxim Datchnik» (substance active fludioxonil), de sels de plomb et de rutine. Est montré que l'introduction d'agents chimiques réduit le rapport des concentrations de chlorophylles a et b et augment le rapport de la somme des concentrations de chlorophylles à la teneur en caroténoïdes. Ce sont des indicateurs du stress subi par les plantes. L'administration simultanée de sels de plomb avec du fludioxonil ou de la rutine a un effet le plus clairvoyant.
Авторы: Шубина Анна Геннадиевна - кандидат химических наук, доцент кафедры биохимии и фармакологии, Розенблюм Людмила Васильевна - старший преподаватель кафедры биохимии и фармакологии; Синютина Светлана Евгеньевна - кандидат химических наук, доцент, заведующий кафедрой биохимии и фармакологии; ФГБОУ ВО «Тамбовский государственный университет имени Г. Р. Державина», Тамбов, Россия.
